JP2023164061A - Mgb2 superconducting wire rod, method of manufacturing mgb2 superconducting wire rod, superconducting coil and magnetic generator - Google Patents

Mgb2 superconducting wire rod, method of manufacturing mgb2 superconducting wire rod, superconducting coil and magnetic generator Download PDF

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Abstract

To provide a MgB2 superconducting wire rod capable of reducing a flexure radius to a practical value without largely reducing a critical current, and capable of further long sizing or thinning, a method of manufacturing the MgB2 superconducting wire rod, a superconducting coil therewith, and a magnetic generator therewith.SOLUTION: A superconducting wire rod 200 includes: a group of wires in which a plurality of wires 201 containing MgB2 are arranged in the circumferential direction and radial direction with respect to a center of the wire rod; a high thermal expansion metal 204 arranged so as to cover the wires and having a coefficient of thermal expansion at a room temperature higher than the wire 201; a stabilizing material 205 arranged so as to cover the high thermal expansion metal 204 to stabilize the superconduction; and a hard metal 206 having a higher hardness than the stabilizing material 205 arranged so as to cover the stabilizing material 205. A method for manufacturing a superconducting wire rod includes: forming a built-in material in which precursors of a plurality of wires 201 are accommodated in a multilayer tube, drawing the built-in material, and heat-treating the built-in material to form MgB2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、二ホウ化マグネシウム(MgB)を用いたMgB超電導線材、MgB超電導線材の製造方法、超電導コイルおよび磁気発生装置に関する。 The present invention relates to an MgB 2 superconducting wire using magnesium diboride (MgB 2 ), a method for manufacturing the MgB 2 superconducting wire, a superconducting coil, and a magnetic generator.

超電導線材の利点は、電流をゼロ抵抗で流すことができる点にある。従来、超電導コイルには、低温超電導体であるニオブチタン(NbTi)の線材が広く用いられてきた。NbTi線材を用いた超電導コイルは、動作温度が約4Kと低いため、液体ヘリウムによる冷却が行われる。しかし、近年では、ヘリウムの需給逼迫が懸念されている。そこで、臨界温度が高く、液体ヘリウムを使用しない超電導体の開発や線材化が進められている。 The advantage of superconducting wires is that they allow current to flow with zero resistance. Conventionally, wires made of niobium titanium (NbTi), which is a low-temperature superconductor, have been widely used for superconducting coils. A superconducting coil using NbTi wire has a low operating temperature of about 4K, so it is cooled with liquid helium. However, in recent years, there has been concern about tight supply and demand for helium. Therefore, efforts are being made to develop superconductors that have a high critical temperature and do not use liquid helium, and to make them into wires.

臨界温度が高い超電導体として、ニオブスズ(NbSn)、イットリウム(Y)系酸化物、ビスマス(Bi)系酸化物、二ホウ化マグネシウム(MgB)等が知られている。MgBは、臨界温度が約39Kと高く、原料の入手が比較的容易である。また、磁気異方性が小さく、軽量で機械的特性に優れている。そのため、超電導体としてMgBを用いたMgB超電導線材は、種々の用途への応用が期待されている。 Niobium tin (Nb 3 Sn), yttrium (Y)-based oxides, bismuth (Bi)-based oxides, magnesium diboride (MgB 2 ), and the like are known as superconductors with high critical temperatures. MgB 2 has a high critical temperature of about 39K, and raw materials are relatively easy to obtain. It also has small magnetic anisotropy, is lightweight, and has excellent mechanical properties. Therefore, MgB 2 superconducting wires using MgB 2 as a superconductor are expected to be applied to various uses.

MgB超電導線材の一般的な製造方法としては、原料となる粉末を金属管に充填し、金属管に伸線加工を施すパウダーインチューブ(Powder In Tube:PIT)法が用いられている。PIT法には、ex situ法とin situ法がある。ex situ法は、予め合成されたMgBを原料として用いる方法である。in situ法は、マグネシウム粉末とホウ素粉末とを原料とし、マグネシウムとホウ素を熱処理してMgBを生成させる方法である。 As a general method for manufacturing MgB 2 superconducting wire, a powder in tube (PIT) method is used in which a metal tube is filled with powder as a raw material and the metal tube is drawn. PIT methods include ex situ methods and in situ methods. The ex situ method is a method using pre-synthesized MgB 2 as a raw material. The in situ method is a method in which magnesium powder and boron powder are used as raw materials, and magnesium and boron are heat-treated to generate MgB2 .

MgB超電導線材を用いた超電導コイルの作製法としては、ワインド・アンド・リアクト法とリアクト・アンド・ワインド法がある。ワインド・アンド・リアクト法は、超電導線材の前駆体をコイル状に捲回した後に熱処理を施す方法である。リアクト・アンド・ワインド法は、熱処理を施した超電導線材をコイル状に捲回する方法である。 Methods for producing superconducting coils using MgB2 superconducting wire include a wind-and-react method and a react-and-wind method. The wind-and-react method is a method in which a precursor of a superconducting wire is wound into a coil shape and then heat-treated. The react-and-wind method is a method in which heat-treated superconducting wire is wound into a coil.

MgB超電導線材には、許容曲げ半径があり、大きな曲率で曲げると超電導特性が低下することが知られている。MgB超電導線材は、コイル形状への捲回、引き回し等の際に、許容曲げ半径を下回る大きな曲率で曲げると、臨界電流等の超電導特性が低下する。このような特性のために、MgB超電導線材を用いた超電導磁石の作製等が制約されている現状がある。 It is known that MgB 2 superconducting wire has a permissible bending radius, and its superconducting properties deteriorate if it is bent with a large curvature. If the MgB 2 superconducting wire is bent at a large curvature below the allowable bending radius during winding into a coil shape, routing, etc., superconducting properties such as critical current will deteriorate. Due to such characteristics, there are currently restrictions on the production of superconducting magnets using MgB 2 superconducting wires.

特許文献1には、MgBで形成されたフィラメントと、フィラメントの外周を覆う母材と、母材の外周を覆う高熱膨張金属と、高熱膨張金属の外周を覆う超電導を安定化させる安定化材と、を備えた線材が記載されている。高熱膨張金属は、室温における熱膨張係数がMgBおよび母材よりも高い金属とされている。 Patent Document 1 describes a filament formed of MgB2 , a base material covering the outer periphery of the filament, a high thermal expansion metal covering the outer periphery of the base material, and a stabilizing material for stabilizing superconductivity covering the outer periphery of the high thermal expansion metal. A wire rod with the following is described. A high thermal expansion metal is defined as a metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of MgB 2 and the base material.

特開2021-106079号公報JP 2021-106079 Publication

特許文献1では、高熱膨張金属によって、MgBのフィラメントに圧縮残留応力を付与して、線材の曲げに対する耐性を高めている。線材の曲げひずみ耐性を向上させることによって、臨界電流を確保しつつ許容曲げ半径を小さくしている。しかし、本発明者らによる検討の結果、MgB超電導線材の曲げひずみ耐性および線材の細線化や長尺化について、更なる向上の余地があることが確認された。 In Patent Document 1, compressive residual stress is applied to the MgB 2 filament using a high thermal expansion metal to increase the resistance of the wire against bending. By improving the bending strain resistance of the wire, the allowable bending radius is reduced while ensuring a critical current. However, as a result of studies conducted by the present inventors, it was confirmed that there is room for further improvement in the bending strain resistance of the MgB 2 superconducting wire and in making the wire thinner and longer.

そこで、本発明は、臨界電流を大きく低下させることなく、曲げ半径を現実的な値まで小さくすることが可能であり、更なる長尺化や細線化が可能になるMgB超電導線材、MgB超電導線材の製造方法、これを用いた超電導コイル、および、これを備えた磁気発生装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an MgB 2 superconducting wire that can reduce the bending radius to a realistic value without greatly reducing the critical current, and that enables further lengthening and thinning of the wire . The present invention aims to provide a method for manufacturing a superconducting wire, a superconducting coil using the same, and a magnetism generating device equipped with the same.

前記課題を解決するために本発明に係る超電導線材は、MgBを含む複数の素線が金属層で覆われたMgB超電導線材であって、複数の前記素線が線材の中心に対して周方向および径方向に配列した素線群と、前記素線群を覆うように配置された、室温における熱膨張係数が前記素線よりも高い高熱膨張金属と、前記高熱膨張金属を覆うように配置された、超電導を安定化させる安定化材と、前記安定化材を覆うように配置された、硬度が前記安定化材よりも高い高硬度金属と、を備える。 In order to solve the above problems, a superconducting wire according to the present invention is an MgB 2 superconducting wire in which a plurality of strands containing MgB 2 are covered with a metal layer, and the plurality of strands are arranged with respect to the center of the wire. A group of wires arranged in a circumferential direction and a radial direction, a high thermal expansion metal having a coefficient of thermal expansion at room temperature higher than that of the wires, which is arranged so as to cover the group of wires, and a metal that covers the high thermal expansion metal. A stabilizing material that stabilizes superconductivity is arranged, and a high-hardness metal that is arranged to cover the stabilizing material and has a hardness higher than that of the stabilizing material is provided.

また、本発明に係る超電導線材の製造方法は、MgBを含む複数の素線が金属層で覆われたMgB超電導線材の製造方法であって、複数の前記素線の前駆体が多重管に収容された組込材を形成する工程と、前記組込材を伸線加工する工程と、伸線加工された前記組込材を熱処理してMgBを生成させる工程と、を含み、前記組込材は、複数の前記素線の前駆体を前記多重管の中心に対して周方向および径方向に配列させて前記多重管に収容しており、前記多重管は、室温における熱膨張係数が前記素線よりも高い高熱膨張金属で形成された高熱膨張金属管、超電導を安定化させる安定化材で形成された安定化材管、および、硬度が前記安定化材よりも高い高硬度金属で形成された高硬度金属管が、この順に内側から外側に向けて配置されている。 Further, the method for manufacturing a superconducting wire according to the present invention is a method for manufacturing a MgB 2 superconducting wire in which a plurality of strands containing MgB 2 are covered with a metal layer, wherein a precursor of the plurality of strands is a multilayer tube. forming an embedded material housed in the embedded material; a step of wire-drawing the embedded material; and a step of heat-treating the wire-drawn embedded material to generate MgB2 . The built-in material includes a plurality of precursors of the strands arranged in the circumferential direction and radial direction with respect to the center of the multiple tube and accommodated in the multiple tube, and the multiple tube has a coefficient of thermal expansion at room temperature. A high thermal expansion metal tube made of a high thermal expansion metal whose hardness is higher than that of the wire, a stabilizer tube made of a stabilizing material that stabilizes superconductivity, and a high hardness metal whose hardness is higher than that of the stabilizing material. The high-hardness metal tubes made of are arranged in this order from the inside to the outside.

本発明によると、臨界電流を大きく低下させることなく、曲げ半径を現実的な値まで小さくすることが可能であり、更なる長尺化や細線化が可能になるMgB超電導線材、MgB超電導線材の製造方法、これを用いた超電導コイル、および、これを備えた磁気発生装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the bending radius to a realistic value without greatly reducing the critical current, and the MgB 2 superconducting wire can be made even longer and thinner. A method for manufacturing a wire, a superconducting coil using the same, and a magnetism generator equipped with the same can be provided.

本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の前駆体である組込材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embedded material that is a precursor of a MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の素材である組込材の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embedded material that is a raw material for an MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention. 従来のMgB超電導線材の前駆体である組込材の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a built-in material that is a precursor of a conventional MgB 2 superconducting wire. 本発明の実施形態に係る超電導コイルの一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る磁気発生装置の一例を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a magnetism generating device according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係るMgB超電導線材、MgB超電導線材の製造方法、これを用いた超電導コイル、および、これを備えた磁気発生装置について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a MgB 2 superconducting wire, a method for manufacturing the MgB 2 superconducting wire, a superconducting coil using the same, and a magnetism generator equipped with the same will be described with reference to the drawings, according to an embodiment of the present invention. In addition, in each of the following figures, common components are given the same reference numerals and redundant explanations will be omitted.

図1は、本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の前駆体である組込材の一例を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係るMgB超電導線材は、超電導フィラメントの前駆体である素線前駆体101を組み込んだ組込材100を前駆体として製造される。組込材100は、複数の素線前駆体101を、金属製の多重管(104,105,106)に対して、規則的な配列で組み込むことによって形成される。素線前駆体101は、原料粉末102を金属管103に充填することによって形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embedded material that is a precursor of a MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the MgB 2 superconducting wire according to the present embodiment is manufactured using as a precursor an assembly material 100 incorporating a wire precursor 101 which is a precursor of a superconducting filament. The incorporating material 100 is formed by incorporating a plurality of wire precursors 101 into a metal multi-tube (104, 105, 106) in a regular arrangement. The wire precursor 101 is formed by filling a metal tube 103 with raw material powder 102 .

図2は、本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の一例を模式的に示す断面図である。
図2に示すように、本実施形態に係るMgB超電導線材200は、超電導フィラメントである複数の素線201と、素線群を埋設したマトリクス(母材)202と、多層構造の金属層(204,205,206)と、を備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the MgB 2 superconducting wire according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the MgB 2 superconducting wire 200 according to the present embodiment includes a plurality of wires 201 that are superconducting filaments, a matrix (base material) 202 in which the wire groups are embedded, and a metal layer ( 204, 205, 206).

図2に示すMgB超電導線材200は、図1に示す組込材100を伸線加工した後に熱処理することによって製造される。本実施形態に係るMgB超電導線材200の製造方法は、MgB超電導線材の前駆体である組込材100を形成する工程と、組込材100を伸線加工する工程と、伸線加工された組込材100を熱処理してMgBを生成させる工程と、を含む。 The MgB 2 superconducting wire 200 shown in FIG. 2 is manufactured by drawing the embedded material 100 shown in FIG. 1 and then subjecting it to heat treatment. The method for manufacturing the MgB 2 superconducting wire 200 according to the present embodiment includes a step of forming an embedded material 100 that is a precursor of the MgB 2 superconducting wire, a step of wire-drawing the embedded material 100, and a step of wire-drawing the embedded material 100. The method includes a step of heat-treating the assembled material 100 to generate MgB2 .

本実施形態に係るMgB超電導線材200は、MgBを含む複数の素線201が多層構造の金属層(204,205,206)で覆われた超電導線材である。このMgB超電導線材200は、超電導フィラメントである複数の素線201を備える多芯線構造とされている。複数の素線201は、線材の中心に対して周方向および径方向に配列して素線群を形成している。マトリクス202は、金属層(204,205,206)の内側に素線群を埋設している。 The MgB 2 superconducting wire 200 according to the present embodiment is a superconducting wire in which a plurality of wires 201 containing MgB 2 are covered with a metal layer (204, 205, 206) having a multilayer structure. This MgB 2 superconducting wire 200 has a multifilamentary wire structure including a plurality of strands 201 that are superconducting filaments. The plurality of wires 201 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the wire to form a wire group. The matrix 202 has a group of wires embedded inside the metal layer (204, 205, 206).

金属層(204,205,206)は、高熱膨張金属204、安定化材205および高硬度金属206が、この順に内側から外側に向けて配置された多層構造に設けられている。高熱膨張金属204は、高熱膨張金属管104で形成されている。安定化材205は、安定化材管105で形成されている。高硬度金属206は、高硬度金属管106で形成されている。 The metal layers (204, 205, 206) are provided in a multilayer structure in which a high thermal expansion metal 204, a stabilizing material 205, and a high hardness metal 206 are arranged in this order from the inside to the outside. The high thermal expansion metal 204 is formed of the high thermal expansion metal tube 104. Stabilizer 205 is formed from stabilizer tube 105 . The high hardness metal 206 is formed of the high hardness metal tube 106.

本実施形態に係るMgB超電導線材200によると、安定化材205の外側に高硬度金属206が設けられるため、組込材100の伸線加工時の不具合が防止される。高硬度金属206によって、伸線加工時に生じる高熱膨張金属204と安定化材205との不均一な変形が防止される。そのため、従来と比較して、線材の長尺化や細線化が可能になる。素線201が規則的に配置される多芯線構造が採用されるにもかかわらず、素線群の偏りが防止される。 According to the MgB 2 superconducting wire 200 according to this embodiment, since the high hardness metal 206 is provided on the outside of the stabilizing material 205, problems during wire drawing of the embedded material 100 are prevented. The high hardness metal 206 prevents uneven deformation of the high thermal expansion metal 204 and the stabilizing material 205 that occurs during wire drawing. Therefore, compared to the conventional method, it is possible to make the wire material longer and thinner. Even though a multifilamentary wire structure in which the wires 201 are regularly arranged is adopted, deviation of the wire groups is prevented.

素線前駆体101は、素線201の前駆体である組込用単芯線であり、マグネシウムとホウ素を含む原料粉末102を金属管103に収容したものである。超電導フィラメントである素線201は、パウダーインチューブ(Powder In Tube:PIT)法によって形成される。PIT法は、原料粉末を金属管に充填し、金属管に伸線加工を施して線材を作製する方法である。組込材100を伸線加工した後に熱処理すると、原料粉末102がMgBを含む素線201となり、金属管103がマトリクス202となる。 The strand precursor 101 is a single core wire for assembly which is a precursor of the strand 201, and is made by housing a raw material powder 102 containing magnesium and boron in a metal tube 103. The wire 201, which is a superconducting filament, is formed by a powder in tube (PIT) method. The PIT method is a method of filling a metal tube with raw material powder and subjecting the metal tube to wire drawing to produce a wire rod. When the embedded material 100 is wire-drawn and then heat-treated, the raw material powder 102 becomes a wire 201 containing MgB 2 , and the metal tube 103 becomes a matrix 202 .

MgBを含む素線201を形成する方法としては、PIT法のうち、ex situ法およびin situ法のいずれを用いてもよいが、in situ法を用いることが好ましい。in situ法によると、粒子同士の結合が多く、且つ、空隙が少ないMgBを、比較的低温の熱処理で生成させることができる。低温でMgBを焼成すると、ピンニングセンタとなる粒界の密度が増加するため、臨界電流密度等の超電導特性を向上させることができる。 As a method for forming the wire 201 containing MgB 2 , either an ex situ method or an in situ method among PIT methods may be used, but it is preferable to use an in situ method. According to the in situ method, MgB 2 with many bonds between particles and few voids can be produced by heat treatment at a relatively low temperature. When MgB 2 is fired at a low temperature, the density of grain boundaries that become pinning centers increases, so superconducting properties such as critical current density can be improved.

マグネシウムとホウ素を含む原料粉末102には、炭素源を添加することができる。炭素源を添加すると、MgBを生成させる熱処理時に、MgBのBをCに元素置換させることができる。超電導体に不純物となるCが導入されるため、MgB超電導線材200の臨界電流や臨界磁場を向上させることができる。 A carbon source can be added to the raw material powder 102 containing magnesium and boron. When a carbon source is added, B in MgB 2 can be replaced by C during the heat treatment to generate MgB 2 . Since C serving as an impurity is introduced into the superconductor, the critical current and critical magnetic field of the MgB 2 superconducting wire 200 can be improved.

炭素源としては、BC、SiC等の無機炭素化合物や、ベンゼン、ナフタレン、コロネン、アントラセン等の炭化水素や、ステアリン酸等の有機酸や、有機酸のマグネシウム塩等を用いることができる。 As the carbon source, inorganic carbon compounds such as B 4 C and SiC, hydrocarbons such as benzene, naphthalene, coronene, and anthracene, organic acids such as stearic acid, and magnesium salts of organic acids can be used.

原料粉末102を収容した金属管103は、組込材100を伸線加工した後に熱処理すると、マトリクス202となり、複数の素線201で構成される素線群を埋設して機械的に支持する。金属管103は、MgBを生成させる熱処理時には、バリア材として機能する。原料粉末102をバリア材である金属管103に充填することよって、原料粉末102に含まれるMgやBと銅等の阻害因子との反応が防止される。 When the metal tube 103 containing the raw material powder 102 is heat-treated after wire-drawing the embedded material 100, it becomes a matrix 202, which embeds and mechanically supports a group of wires made up of a plurality of wires 201. The metal tube 103 functions as a barrier material during heat treatment to generate MgB2 . By filling the metal tube 103, which is a barrier material, with the raw material powder 102, reactions between Mg and B contained in the raw material powder 102 and inhibiting factors such as copper are prevented.

金属管103の材料としては、鉄、ニオブ、タンタル、ニッケル、チタン、これらの合金等を用いることができる。これらの金属は、MgBを生成させる熱処理時に、MgやBと反応し難い。そのため、MgBの生成を妨げることなく、バリア材として有効である。金属管103の材料としては、鉄またはニオブが好ましい。鉄やニオブは、加工性が良好であり、比較的安価であるため、伸線加工に適した金属管103が低コストで得られる。 As the material of the metal tube 103, iron, niobium, tantalum, nickel, titanium, alloys thereof, etc. can be used. These metals hardly react with Mg or B during heat treatment to generate MgB2 . Therefore, it is effective as a barrier material without interfering with the production of MgB2 . The material for the metal tube 103 is preferably iron or niobium. Since iron and niobium have good workability and are relatively inexpensive, the metal tube 103 suitable for wire drawing can be obtained at low cost.

図1において、組込材100は、複数の素線前駆体101が組込材100の中心に対して周方向および径方向に配列した構造に設けられている。組込材100の中心には、中心材107が配置されている。中心材107としては、超電導フィラメントとならない常電導体の金属で形成された金属が配置されている。 In FIG. 1, the embedded material 100 is provided in a structure in which a plurality of wire precursors 101 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the embedded material 100. A center member 107 is arranged at the center of the built-in member 100. As the core material 107, a metal made of a normal conductor metal that does not become a superconducting filament is arranged.

このような組込材100を伸線加工した後に熱処理すると、図2に示すように、複数の素線201が線材の中心に対して周方向および径方向に配列した素線群が形成される。MgB超電導線材200の中心には、金属で形成されたマトリクス202が形成される。 When such a built-in material 100 is wire-drawn and then heat-treated, a group of wires is formed in which a plurality of wires 201 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the wire, as shown in FIG. . A matrix 202 made of metal is formed at the center of the MgB 2 superconducting wire 200.

図1に示すように、組込材100の中心に金属で形成された中心材107を配置すると、複数の素線前駆体101で構成される前駆体群の配列を、中心材107によって機械的に支持させることができる。そのため、組込材100の伸線加工時に、素線前駆体101が組込材100の径方向に偏るのを抑制することができる。 As shown in FIG. 1, when a core material 107 made of metal is placed at the center of the embedded material 100, the precursor group composed of a plurality of wire precursors 101 can be mechanically arranged by the core material 107. can be supported. Therefore, during the wire drawing process of the embedded material 100, it is possible to suppress the strand precursor 101 from being biased in the radial direction of the embedded material 100.

中心材107の材料としては、鉄、ニオブ、タンタル、ニッケル、チタン、これらの合金等を用いることができる。中心材107は、原料粉末102を収容した金属管103と同じ金属で形成されていることが好ましい。同種の金属であると、中心材107と金属管103との加工ひずみ差や熱膨張差が小さくなる。伸線加工時や熱処理時に、素線前駆体101に対して塑性変形や熱変形による不均一な力が加わり難くなるため、素線前駆体101が組込材100の径方向に偏るのを抑制することができる。 As the material of the core material 107, iron, niobium, tantalum, nickel, titanium, alloys thereof, etc. can be used. It is preferable that the core material 107 is made of the same metal as the metal tube 103 containing the raw material powder 102. If they are made of the same type of metal, the processing strain difference and thermal expansion difference between the core material 107 and the metal tube 103 will be small. During wire drawing or heat treatment, uneven force due to plastic deformation or thermal deformation is less likely to be applied to the wire precursor 101, so that the wire precursor 101 is prevented from being biased in the radial direction of the embedded material 100. can do.

図1において、複数の素線前駆体101は、中心材107の周囲に、中心材107と同心の第1同心円上となるように配置されている。また、複数の素線前駆体101は、第1同心円よりも外側に、中心材107と同心の第2同心円上となるように配置されている。第1同心円上および第2同心円上において、素線前駆体101は、周方向に沿って規則的に配置されている。 In FIG. 1, the plurality of wire precursors 101 are arranged around the core material 107 on a first concentric circle concentric with the core material 107. Further, the plurality of wire precursors 101 are arranged on a second concentric circle concentric with the core material 107 and outside the first concentric circle. The wire precursors 101 are regularly arranged along the circumferential direction on the first concentric circle and the second concentric circle.

このような組込材100を伸線加工した後に熱処理すると、図2に示すように、複数の素線201が中心材107と同心の同心円上に配置された第1素線群が、中心材107の周囲に形成される。また、複数の素線201が中心材107と同心の同心円上に配置された第2素線群が、第1素線群よりも外側に形成される。 When such a built-in material 100 is wire-drawn and then heat-treated, as shown in FIG. It is formed around 107. Further, a second wire group in which a plurality of wires 201 are arranged on a concentric circle concentric with the core material 107 is formed outside the first wire group.

このような多層構造の多芯線構造によると、交流損失の低減や超電導の安定化を図りつつ、線材当たりの輸送電流の電流密度を増大させることができる。多層構造の多芯線構造の場合、伸線加工によって、線材の軸方向視の断面において、素線201が不均一な偏りを生じる虞がある。しかし、このような偏りは、中心材107や高硬度金属206を設けることによって防止できる。そのため、MgB超電導線材200では、多層構造の多芯線構造を採用することができる。 According to such a multilayered multifilamentary wire structure, the current density of the transport current per wire can be increased while reducing AC loss and stabilizing superconductivity. In the case of a multifilamentary wire structure with a multilayer structure, there is a possibility that the strands 201 may be unevenly biased in the cross section of the wire rod when viewed in the axial direction due to the wire drawing process. However, such deviation can be prevented by providing the core material 107 and the high hardness metal 206. Therefore, the MgB 2 superconducting wire 200 can employ a multifilamentary wire structure with a multilayer structure.

図3は、本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の素材である組込材の一例を模式的に示す断面図である。
図3に示すように、本実施形態に係るMgB超電導線材は、中心に超電導フィラメントの前駆体である素線前駆体を配置した構造に設けることもできる。図3に示す組込材300は、前記の組込材100と同様に、複数の素線前駆体301を、金属製の多重管304,305,306に対して、規則的な配列で組み込むことによって形成される。素線前駆体301は、原料粉末302を金属管303に充填することによって形成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a built-in material that is a raw material for the MgB 2 superconducting wire according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the MgB 2 superconducting wire according to this embodiment can also be provided in a structure in which a wire precursor, which is a precursor of a superconducting filament, is arranged at the center. The assembly material 300 shown in FIG. 3, like the aforementioned assembly material 100, incorporates a plurality of wire precursors 301 into metal multi-tubes 304, 305, 306 in a regular arrangement. formed by. The wire precursor 301 is formed by filling a metal tube 303 with raw material powder 302 .

図3に示す組込材300が、前記の組込材100と異なる点は、中心材307として、常電導体の金属で形成された金属(107)に代えて、超電導フィラメントの前駆体である素線前駆体301を備えている点である。組込材300の他の主要な構成は、前記の組込材100と同様である。 The embedded material 300 shown in FIG. 3 differs from the above-described embedded material 100 in that the core material 307 is a precursor of a superconducting filament instead of a metal (107) formed of a normal conductor metal. The point is that the wire precursor 301 is provided. The other main configurations of the built-in material 300 are the same as those of the built-in material 100 described above.

図4は、本発明の実施形態に係るMgB超電導線材の一例を模式的に示す断面図である。
図4に示すように、本実施形態に係るMgB超電導線材400は、超電導フィラメントである複数の素線401と、素線群を埋設したマトリクス(母材)402と、多層構造の金属層404,405,406と、を備えている。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of a MgB 2 superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the MgB 2 superconducting wire 400 according to the present embodiment includes a plurality of strands 401 that are superconducting filaments, a matrix (base material) 402 in which the strands are buried, and a metal layer 404 with a multilayer structure. , 405, 406.

図4に示すMgB超電導線材400は、図3に示す組込材300を伸線加工した後に熱処理することによって製造される。本実施形態に係るMgB超電導線材400の製造方法は、MgB超電導線材の前駆体である組込材300を形成する工程と、組込材300を伸線加工する工程と、伸線加工された組込材300を熱処理してMgBを生成させる工程と、を含む。 The MgB 2 superconducting wire 400 shown in FIG. 4 is manufactured by drawing the embedded material 300 shown in FIG. 3 and then subjecting it to heat treatment. The method for manufacturing the MgB 2 superconducting wire 400 according to the present embodiment includes a step of forming an embedded material 300 that is a precursor of the MgB 2 superconducting wire, a step of wire-drawing the embedded material 300, and a step of wire-drawing the embedded material 300. The method includes a step of heat-treating the assembled material 300 to generate MgB2 .

本実施形態に係るMgB超電導線材400は、MgBを含む複数の素線401が多層構造の金属層(404,405,406)で覆われた超電導線材である。このMgB超電導線材400は、超電導フィラメントである複数の素線401を備える多芯線構造とされている。複数の素線401は、線材の中心に対して周方向および径方向に配列して素線群を形成している。マトリクス402は、金属層(404,405,406)の内側に素線群を埋設している。 The MgB 2 superconducting wire 400 according to this embodiment is a superconducting wire in which a plurality of wires 401 containing MgB 2 are covered with a metal layer (404, 405, 406) having a multilayer structure. This MgB 2 superconducting wire 400 has a multifilamentary wire structure including a plurality of strands 401 that are superconducting filaments. The plurality of wires 401 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the wire to form a wire group. The matrix 402 has a group of wires embedded inside the metal layer (404, 405, 406).

金属層(404,405,406)は、高熱膨張金属404、安定化材405および高硬度金属406が、この順に内側から外側に向けて配置された多層構造に設けられている。高熱膨張金属404は、高熱膨張金属管304で形成されている。安定化材405は、安定化材管305で形成されている。高硬度金属406は、高硬度金属管306で形成されている。 The metal layers (404, 405, 406) are provided in a multilayer structure in which a high thermal expansion metal 404, a stabilizing material 405, and a high hardness metal 406 are arranged in this order from the inside to the outside. The high thermal expansion metal 404 is formed of the high thermal expansion metal tube 304. Stabilizer 405 is formed from stabilizer tube 305 . The high hardness metal 406 is formed of the high hardness metal tube 306.

図3において、組込材300は、複数の素線前駆体301が組込材300の中心に対して周方向および径方向に配列した構造に設けられている。組込材300の中心には、中心材307が配置されている。中心材307としては、超電導フィラメントの前駆体である素線前駆体が配置されている。 In FIG. 3, the embedded material 300 is provided with a structure in which a plurality of wire precursors 301 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the embedded material 300. A center member 307 is arranged at the center of the built-in member 300. As the core material 307, a wire precursor that is a precursor of a superconducting filament is arranged.

このような組込材300を伸線加工した後に熱処理すると、図4に示すように、MgB超電導線材400の中心には、超電導フィラメントである素線401が形成される。また、複数の素線401が線材の中心に対して周方向および径方向に配列した素線群が形成される。 When such an embedded material 300 is wire-drawn and then heat-treated, a strand 401, which is a superconducting filament, is formed at the center of the MgB 2 superconducting wire 400, as shown in FIG. Further, a wire group is formed in which a plurality of wires 401 are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the wire.

図3に示すように、組込材300の中心に超電導フィラメントの前駆体である中心材307を配置すると、複数の素線前駆体301で構成される前駆体群の配列を維持しつつ、線材の軸方向視の断面において、超電導フィラメントの面積が大きくなるため、線材当たりの輸送電流の電流密度を増大させることができる。 As shown in FIG. 3, when a core material 307, which is a precursor of a superconducting filament, is placed at the center of the embedded material 300, the wire can be Since the area of the superconducting filament becomes larger in the cross section when viewed in the axial direction, the current density of the transport current per wire can be increased.

なお、本実施形態に係るMgB超電導線材200,400において、素線201,401の層数や、一層当たりの素線201,401の数は、特に限定されるものではない。素線201,401の層数や、一層当たりの素線201,401の数は、2以上の適宜の数とすることができる。 In the MgB 2 superconducting wires 200, 400 according to this embodiment, the number of layers of strands 201, 401 and the number of strands 201, 401 per layer are not particularly limited. The number of layers of wires 201, 401 and the number of wires 201, 401 per layer can be an appropriate number of 2 or more.

図1および図3に示すように、多重管(104,105,106,304,305,306)は、高熱膨張金属(204,404)で形成された高熱膨張金属管(104,304)、安定化材(205,405)で形成された安定化材管(105,305)、および、高硬度金属(206,406)で形成された高硬度金属管(106,306)を、この順に内側から外側に向けて配置することによって形成される。 As shown in FIGS. 1 and 3, the multiple tubes (104, 105, 106, 304, 305, 306) are made of high thermal expansion metal tubes (104, 304) made of high thermal expansion metal (204, 404), stable The stabilizing material tube (105, 305) formed of the stabilizer material (205, 405) and the high hardness metal tube (106, 306) formed of the high hardness metal (206, 406) are inserted from the inside in this order. It is formed by arranging it outward.

高熱膨張金属(204,404)は、線材の長さ方向にわたって、素線(201,401)で構成される素線群およびマトリクス(202,402)の外周を覆うように設けられる。高熱膨張金属は、室温における熱膨張係数が素線やマトリクス、すなわち、MgBやバリア材である金属管の材料よりも高い金属で形成される。高い熱膨張係数は、MgBを生成させる熱処理の温度から室温までの温度範囲や、MgBの臨界温度以下の極低温の温度範囲においても、確保されることが好ましい。 The high thermal expansion metal (204, 404) is provided over the length of the wire so as to cover the outer periphery of the wire group and matrix (202, 402) made up of the wires (201, 401). The high thermal expansion metal is made of a metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of the wire or matrix, that is, the material of MgB 2 or the metal tube that is the barrier material. It is preferable that a high coefficient of thermal expansion is ensured even in the temperature range from the heat treatment temperature for producing MgB 2 to room temperature and in the extremely low temperature range below the critical temperature of MgB 2 .

一般に、超電導線材に引張り負荷がかかり、限界引張ひずみを超過すると、超電導フィラメントにクラック等が生じて、超電導特性が低下すると考えられている。超電導線材は、コイル形状への捲回、引き回し等の際に曲げられると、曲げ外側に引張ひずみを生じ、曲げ内側に圧縮ひずみを生じる。引張ひずみが、熱処理時に生じた残留圧縮ひずみを上回ると、超電導フィラメントにクラック等を生じる。 It is generally believed that when a tensile load is applied to a superconducting wire and a critical tensile strain is exceeded, cracks or the like occur in the superconducting filament and the superconducting properties deteriorate. When a superconducting wire is bent during winding into a coil shape, routing, etc., tensile strain occurs on the outside of the bend, and compressive strain occurs on the inside of the bend. When the tensile strain exceeds the residual compressive strain generated during heat treatment, cracks etc. occur in the superconducting filament.

これに対し、高熱膨張金属を設けると、MgBを生成させる熱処理以後に、素線群に対して熱膨張差による圧縮力をかけて、超電導フィラメントに残留圧縮ひずみを付与することができる。残留圧縮ひずみの増加によって、素線の限界引張ひずみが拡大されるため、線材の許容曲げ半径を、従来よりも小さくすることができる。 On the other hand, when a high thermal expansion metal is provided, residual compressive strain can be imparted to the superconducting filament by applying a compressive force due to the difference in thermal expansion to the strands after the heat treatment to generate MgB 2 . As the residual compressive strain increases, the limit tensile strain of the wire is expanded, so the allowable bending radius of the wire can be made smaller than before.

高熱膨張金属の室温における熱膨張係数は、好ましくは14.0×10-6-1以上、より好ましくは14.5×10-6-1以上、更に好ましくは15.0×10-6-1以上である。このような高い熱膨張係数であると、素線やマトリクスに対して十分に高い残留圧縮ひずみを付与することができる。 The coefficient of thermal expansion of the high thermal expansion metal at room temperature is preferably 14.0×10 -6 °C -1 or more, more preferably 14.5×10 -6 °C -1 or more, and even more preferably 15.0×10 -6-1 or higher. With such a high coefficient of thermal expansion, a sufficiently high residual compressive strain can be imparted to the wire or matrix.

高熱膨張金属としては、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル鋼、ニッケルクロム鋼等が挙げられる。高熱膨張金属としては、ステンレス鋼や炭素鋼が好ましい。ステンレス鋼や炭素鋼は、安価であり、入手性に優れているため、線材の材料コストを抑制することができる。ステンレス鋼や炭素鋼としては、室温における熱膨張係数がMgBやバリア材である金属管の材料よりも高く、且つ、適切な加工性が確保される限り、適宜の種類を用いることができる。 Examples of high thermal expansion metals include stainless steel, carbon steel, nickel steel, nickel chromium steel, and the like. Stainless steel and carbon steel are preferable as the high thermal expansion metal. Stainless steel and carbon steel are inexpensive and have excellent availability, so the material cost for wire rods can be suppressed. Any suitable type of stainless steel or carbon steel can be used as long as the thermal expansion coefficient at room temperature is higher than that of MgB 2 or the material of the metal tube which is the barrier material, and as long as appropriate workability is ensured.

高熱膨張金属としては、C量が0.03質量%以下である低炭素ステンレス鋼や、C量が0.01質量%以上0.25質量%未満である低炭素鋼がより好ましい。低炭素ステンレス鋼の具体例としては、SUS301L、SUS304L、SUS316L等が挙げられる。高熱膨張金属としては、MgBの生成を妨げるニッケルの含有量が10質量%以下の材料が好ましい。 As the high thermal expansion metal, low carbon stainless steel with a C content of 0.03% by mass or less and low carbon steel with a C content of 0.01% by mass or more and less than 0.25% by mass are more preferable. Specific examples of low carbon stainless steel include SUS301L, SUS304L, and SUS316L. The high thermal expansion metal is preferably a material containing 10% by mass or less of nickel, which inhibits the production of MgB 2 .

低炭素ステンレス鋼や低炭素鋼は、熱膨張係数が高く、或る程度の延性があるステンレス鋼や炭素鋼の中でも、硬度が比較的高い材料である。そのため、低炭素ステンレス鋼や低炭素鋼と高硬度金属との間に安定化材を挟むと、伸線加工時に外側から加わる加工力によって、高熱膨張金属と安定化材とを互いに均一性高く密着させることができる。高熱膨張金属と安定化材とを密着させると、伸線加工時に、高熱膨張金属と安定化材との変形量差が抑制される。そのため、低炭素ステンレス鋼や低炭素鋼以外の場合と比較して、線材の長尺化や細線化が可能になる。また、素線群の径方向の偏りが防止される。 Low carbon stainless steel and low carbon steel are materials with relatively high hardness among stainless steels and carbon steels that have a high coefficient of thermal expansion and a certain degree of ductility. Therefore, if a stabilizing material is sandwiched between low carbon stainless steel or low carbon steel and a high hardness metal, the processing force applied from the outside during wire drawing will cause the high thermal expansion metal and the stabilizing material to adhere to each other with high uniformity. can be done. When the high thermal expansion metal and the stabilizing material are brought into close contact with each other, the difference in deformation between the high thermal expansion metal and the stabilizing material is suppressed during wire drawing. Therefore, compared to cases using low carbon stainless steel or other than low carbon steel, it is possible to make the wire rod longer and thinner. Further, deviation of the wire group in the radial direction is prevented.

安定化材(205,405)は、線材の長さ方向にわたって、高熱膨張金属(204,404)の外周を覆うように設けられる。安定化材は、抵抗率が低く、熱伝導率が高い良導体で形成される。安定化材を設けると、超電導を熱的・磁気的に安定化させて、線材のクエンチや熱暴走を抑制することができる。 The stabilizing material (205, 405) is provided so as to cover the outer periphery of the high thermal expansion metal (204, 404) over the length of the wire. The stabilizing material is made of a good conductor with low resistivity and high thermal conductivity. By providing a stabilizing material, the superconductor can be thermally and magnetically stabilized, and quenching and thermal runaway of the wire can be suppressed.

安定化材としては、銅が好ましい。銅としては、リン脱酸銅、タフピッチ銅、無酸素銅等が挙げられる。銅としては、特に無酸素銅が好ましい。無酸素銅であると、高い導電率や熱伝導率が得られるため、超電導の熱的安定性や磁気的安定性をより向上させることができる。 Copper is preferred as the stabilizing material. Examples of copper include phosphorus deoxidized copper, tough pitch copper, and oxygen-free copper. As copper, oxygen-free copper is particularly preferred. Since oxygen-free copper has high electrical conductivity and high thermal conductivity, it is possible to further improve the thermal stability and magnetic stability of superconductivity.

高硬度金属(206,406)は、線材の長さ方向にわたって、安定化材(205,405)の外周を覆うように設けられる。高硬度金属は、硬度が安定化材よりも高い金属で形成される。その硬度は、MgBを生成させる熱処理の温度から室温までの温度範囲において少なくとも確保されることが好ましい。高硬度金属の硬度は、例えば、ビッカース硬さ(HV)によって評価できる。 The high hardness metal (206, 406) is provided so as to cover the outer periphery of the stabilizing material (205, 405) over the length of the wire. The hard metal is formed of a metal whose hardness is higher than that of the stabilizing material. The hardness is preferably ensured at least in the temperature range from the temperature of the heat treatment for producing MgB 2 to room temperature. The hardness of high-hardness metals can be evaluated, for example, by Vickers hardness (HV).

図5は、従来のMgB超電導線材の前駆体である組込材の一例を模式的に示す断面図である。
図5に示すように、従来のMgB超電導線材は、多芯線構造とされた組込材500を前駆体として製造されている。組込材500は、超電導フィラメントの前駆体である複数の素線前駆体501を金属製の多重管504,505に組み込むことによって形成されている。素線前駆体501は、原料粉末502を金属管503に充填することによって形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a built-in material that is a precursor of a conventional MgB 2 superconducting wire.
As shown in FIG. 5, the conventional MgB 2 superconducting wire is manufactured using an embedded material 500 having a multifilamentary wire structure as a precursor. The assembly material 500 is formed by incorporating a plurality of wire precursors 501, which are precursors of superconducting filaments, into metal multiple tubes 504 and 505. The wire precursor 501 is formed by filling a metal tube 503 with a raw material powder 502.

従来の組込材500では、多重管504,505が、高熱膨張金属で形成された高熱膨張金属管504、および、安定化材で形成された安定化材管505を、この順に内側から外側に向けて配置することによって形成されている。安定化材管505の外側には、硬度が高い金属管が配置されてなく、安定化材が最外層を形成している。 In the conventional built-in material 500, multiple tubes 504 and 505 connect a high thermal expansion metal tube 504 made of a high thermal expansion metal and a stabilizing material tube 505 made of a stabilizing material in this order from the inside to the outside. It is formed by arranging it towards the A hard metal tube is not placed on the outside of the stabilizing material tube 505, and the stabilizing material forms the outermost layer.

従来のように、組込材の最外層が安定化材であると、伸線加工時に、最外層の安定化材が、外側から直接的な加工力を受ける。銅等の安定化材は、変形し易く加工性に優れた材料である。一方、ステンレス鋼等の高熱膨張金属は、変形し難く加工性に劣る。そのため、組込材の最外層が安定化材であると、高熱膨張金属が大きく変形しない一方で、安定化材が大きく変形することになる。 If the outermost layer of the incorporated material is a stabilizing material as in the past, the outermost stabilizing material receives a direct working force from the outside during wire drawing. Stabilizing materials such as copper are easily deformable and have excellent workability. On the other hand, high thermal expansion metals such as stainless steel are difficult to deform and have poor workability. Therefore, if the outermost layer of the incorporated material is a stabilizing material, the high thermal expansion metal will not be significantly deformed, but the stabilizing material will be significantly deformed.

その結果、内側の高熱膨張金属と外側の安定化材との間で変形量の違いを生じ易くなる。安定化材のみが大きく減面されると共に、伸線方向に大きく伸びる。一方、高熱膨張金属や、その内側の素線群は、十分に減面されず、伸線方向に伸びなくなる。組込材の伸線加工時に、減面率や線長が頭打ちとなるため、組込材の線材化が妨げられるという問題がある。 As a result, a difference in the amount of deformation tends to occur between the high thermal expansion metal on the inside and the stabilizing material on the outside. Only the stabilizing material is greatly reduced in area and is greatly elongated in the wire drawing direction. On the other hand, the high thermal expansion metal and the group of strands inside the metal are not sufficiently reduced in area and do not stretch in the wire drawing direction. When wire-drawing the embedded material, the area reduction rate and wire length reach a plateau, which poses a problem in that converting the embedded material into a wire rod is hindered.

特に、安定化材に対して外側から不均一に加工力が加わると、安定化材の周方向の一部のみが局所的に薄肉化することがある。線材の軸方向視の断面において、高熱膨張金属と安定化材との界面に凹凸を生じる場合がある。この程度の変形量の違いを生じると、伸線加工時に、素線前駆体が径方向の偏りを生じるという問題がある。 In particular, if a processing force is applied unevenly from the outside to the stabilizing material, only a portion of the stabilizing material in the circumferential direction may be locally thinned. In the cross section of the wire rod when viewed in the axial direction, unevenness may occur at the interface between the high thermal expansion metal and the stabilizing material. If such a difference in the amount of deformation occurs, there is a problem in that the wire precursor becomes biased in the radial direction during wire drawing.

偏りを生じた素線前駆体が焼成されると、素線も径方向に偏る。このような素線が形成されると、線材が曲げられたとき、一部の素線の曲率が大きくなる。一部の素線に過大な引張負荷がかかり易くなるため、クラック等を生じて、超電導特性が低下してしまう。 When the biased wire precursor is fired, the wire also becomes biased in the radial direction. When such strands are formed, when the wire is bent, the curvature of some of the strands becomes large. An excessive tensile load is likely to be applied to some of the strands, resulting in cracks and the like, resulting in deterioration of superconducting properties.

これに対し、安定化材(205,405)の外側に高硬度金属(206,406)を設けると、伸線加工時に、高熱膨張金属と安定化材との間に生じる変形量差を抑制することができる。安定化材の外側に高硬度金属があるため、外側から加えられる加工力を、素線前駆体や高熱膨張金属や安定化材に対して、高硬度金属を介して周方向に均一性高く加えることが可能になる。 On the other hand, if a high hardness metal (206, 406) is provided outside the stabilizing material (205, 405), the difference in deformation that occurs between the high thermal expansion metal and the stabilizing material during wire drawing can be suppressed. be able to. Since there is a high hardness metal on the outside of the stabilizing material, the processing force applied from the outside is applied highly uniformly in the circumferential direction to the wire precursor, high thermal expansion metal, and stabilizing material through the high hardness metal. becomes possible.

そのため、安定化材(205,405)の外側に高硬度金属(206,406)を設けると、高熱膨張金属と安定化材とを、バランスよく減面させると共に伸線方向に伸ばすことができる。従来と比較して、素線の配列や超電導特性が確保される範囲において、線材の更なる長尺化や、更なる細線化が可能になる。また、伸線加工時に、素線前駆体の配列に径方向の偏りが生じるのを防止できる。多層構造の多芯線構造を採用したとしても、線材の許容曲げ半径を従来よりも小さくすることができる。 Therefore, by providing the high hardness metal (206, 406) on the outside of the stabilizing material (205, 405), the high thermal expansion metal and the stabilizing material can be reduced in area in a well-balanced manner and can be stretched in the wire drawing direction. Compared to the conventional method, it is possible to make the wire longer and thinner within the range where the arrangement of the strands and the superconducting properties are ensured. Moreover, it is possible to prevent deviations in the radial direction from occurring in the arrangement of the wire precursors during wire drawing. Even if a multilayer multifilamentary wire structure is adopted, the allowable bending radius of the wire can be made smaller than before.

高硬度金属としては、室温における熱膨張係数が素線やマトリクス、すなわち、MgBやバリア材である金属管の材料よりも高い金属が好ましい。また、室温における熱膨張係数が安定化材よりも高い金属が好ましい。熱膨張係数が高い金属であると、MgBを生成させる熱処理以後に、超電導フィラメントに対して熱膨張差による圧縮力をかけることができる。 The high-hardness metal is preferably a metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of the wire or matrix, that is, the material of MgB 2 or the metal tube that is the barrier material. Further, a metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of the stabilizing material is preferable. If the metal has a high coefficient of thermal expansion, a compressive force due to the difference in thermal expansion can be applied to the superconducting filament after heat treatment to generate MgB 2 .

高硬度金属としては、銅合金または銅を含む合金が好ましい。銅合金または銅を含む合金であると、線材を超電導接続する際に、高硬度金属を容易に除去することができる。線材を超電導接続する際には、超電導フィラメントである素線を露出させる必要がある。しかし、高硬度金属が銅合金や銅を含む合金であれば、硝酸等で溶解させて容易に除去することができる。 As the high hardness metal, a copper alloy or an alloy containing copper is preferable. When using a copper alloy or an alloy containing copper, high hardness metal can be easily removed when superconducting wires are connected. When superconducting wires are connected, it is necessary to expose the wires, which are superconducting filaments. However, if the high hardness metal is a copper alloy or an alloy containing copper, it can be easily removed by dissolving it with nitric acid or the like.

高硬度金属としては、Ni-Cu合金、Cu-Ni合金、または、分散強化銅がより好ましく、Ni-Cu合金またはCu-Ni合金が特に好ましい。これらの銅合金であると、加工可能な範囲で適切な高硬度を得ることができる。また、Niを含む合金であると、非磁性や耐食性が得られるため、線材の最外層として好ましい。 As the hard metal, Ni--Cu alloy, Cu--Ni alloy, or dispersion-strengthened copper is more preferable, and Ni--Cu alloy or Cu--Ni alloy is particularly preferable. With these copper alloys, appropriate high hardness can be obtained within the processable range. In addition, an alloy containing Ni is preferable as the outermost layer of the wire because it provides nonmagnetism and corrosion resistance.

Cu-Ni合金としては、特に限定されるものではないが、Niの含有量が10質量%以上30質量%以下である白銅等が挙げられる。Ni-Cu合金としては、特に限定されるものではないが、Cuの含有量が20質量%以上35質量%以下であるモネル等が挙げられる。分散強化銅としては、アルミナを分散させたアルミナ分散強化銅、ジルコニアを分散させたジルコニア分散強化銅、イットリアを分散させたイットリア分散強化銅等が挙げられる。 Examples of the Cu--Ni alloy include, but are not particularly limited to, cupronickel having a Ni content of 10% by mass or more and 30% by mass or less. Examples of the Ni--Cu alloy include, but are not particularly limited to, Monel and the like having a Cu content of 20% by mass or more and 35% by mass or less. Examples of dispersion-strengthened copper include alumina dispersion-strengthened copper in which alumina is dispersed, zirconia dispersion-strengthened copper in which zirconia is dispersed, and yttria dispersion-strengthened copper in which yttria is dispersed.

伸線加工後において、高熱膨張金属、安定化材、および、高硬度金属は、互いに密着して一体化した金属層を形成していることが好ましい。このような金属層は、組込材(100,300)の形成時に、高熱膨張金属管(104,304)、安定化材管(105,305)および高硬度金属管(106,306)を、互いの隙間を小さくして配置することによって形成できる。 After wire drawing, the high thermal expansion metal, the stabilizing material, and the high hardness metal preferably adhere to each other to form an integrated metal layer. Such a metal layer is formed by forming the high thermal expansion metal tube (104, 304), the stabilizing material tube (105, 305) and the high hardness metal tube (106, 306) during the formation of the embedded material (100, 300). They can be formed by arranging them with small gaps between them.

このような一体化した金属層を形成すると、伸線加工時に外側から加わる加工力によって、高熱膨張金属と安定化材とを、互いに周方向に均一性高く密着させることができる。安定化材のみが大きく変形するのが防止されるため、高熱膨張金属と安定化材との変形量差を十分に抑制することができる。このような一体化した金属層を形成する場合、高熱膨張金属と安定化材との間や、安定化材と高硬度金属との間には、他の機能を示す層が設けられないことが好ましい。 When such an integrated metal layer is formed, the high thermal expansion metal and the stabilizing material can be brought into close contact with each other with high uniformity in the circumferential direction by the processing force applied from the outside during wire drawing. Since only the stabilizing material is prevented from being significantly deformed, the difference in deformation between the high thermal expansion metal and the stabilizing material can be sufficiently suppressed. When forming such an integrated metal layer, it is important that no layer exhibiting other functions is provided between the high thermal expansion metal and the stabilizing material or between the stabilizing material and the high hardness metal. preferable.

なお、図1、図2、図3および図4において、MgB超電導線材200,400や組込材100,300は、丸線として設けられている。しかし、MgB超電導線材200,400や組込材100,300は、矩形、六角形等の多角形や、平角線等の適宜の断面形状に設けることができる。素線201,401の層数や、一つの層当たりの素線201,401の本数は、2以上の適宜の数とすることができる。 Note that in FIGS. 1, 2, 3, and 4, the MgB 2 superconducting wires 200, 400 and the embedded materials 100, 300 are provided as round wires. However, the MgB 2 superconducting wires 200, 400 and the embedded materials 100, 300 can be provided in an appropriate cross-sectional shape such as a polygon such as a rectangle or a hexagon, or a flat wire. The number of layers of wires 201, 401 and the number of wires 201, 401 per layer can be an appropriate number of 2 or more.

次に、前記の超電導線材の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、図2に示すMgB超電導線材200を、図1に示す組込材100を用いてin situ法で製造する方法を例示する。 Next, a method for manufacturing the above-mentioned superconducting wire will be explained. In the following description, a method for manufacturing the MgB 2 superconducting wire 200 shown in FIG. 2 by an in situ method using the embedded material 100 shown in FIG. 1 will be exemplified.

本実施形態に係るMgB超電導線材は、組込材を形成する準備工程と、組込材を伸線加工する伸線加工工程と、伸線加工された組込材を熱処理してMgBを生成させる熱処理工程と、を含む。準備工程では、多芯線構造を形成するための素線前駆体として複数の組込用単芯線を作製する。組込用単芯線は、高熱膨張金属管、安定化材管および高硬度金属管で構成される多重管に組み込まれる。 The MgB 2 superconducting wire according to the present embodiment includes a preparation process of forming an embedded material, a wire drawing process of wire-drawing the embedded material, and a heat treatment of the wire-drawn embedded material to remove MgB 2 . and a heat treatment step to generate. In the preparation step, a plurality of single-core wires for assembly are produced as wire precursors for forming a multi-filamentary wire structure. The single core wire for assembly is assembled into a multi-layered tube consisting of a high thermal expansion metal tube, a stabilizer tube and a high hardness metal tube.

準備工程では、マグネシウム粉末とホウ素粉末とを混合した原料粉末を調製し、その原料粉末をバリア材で形成された金属管に充填する。原料粉末は、MgBの原料となるマグネシウム粉末とホウ素粉末とを、MgとBとのモル比が略1:2となるように秤量し、粉砕および混合することによって調製する。原料粉末には、必要に応じて、元素置換のための炭素源を添加することができる。 In the preparation step, a raw material powder is prepared by mixing magnesium powder and boron powder, and the raw material powder is filled into a metal tube made of a barrier material. The raw material powder is prepared by weighing, pulverizing, and mixing magnesium powder and boron powder, which are raw materials for MgB 2 , such that the molar ratio of Mg to B is approximately 1:2. A carbon source for element substitution can be added to the raw material powder, if necessary.

原料粉末は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気や、真空雰囲気等の非酸化性雰囲気で取り扱うことが好ましい。雰囲気中の酸素量及び水分量は、10ppm以下であることが好ましい。原料粉末の混合は、ボールミル装置、遊星型ミキサ、V型ミキサ、乳鉢等で行うことができる。 The raw material powder is preferably handled in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or a non-oxidizing atmosphere such as a vacuum atmosphere. The amount of oxygen and moisture in the atmosphere is preferably 10 ppm or less. The raw material powders can be mixed using a ball mill, a planetary mixer, a V-type mixer, a mortar, or the like.

また、原料粉末の混合は、メカニカルミリング法によって行うことができる。メカニカルミリング法では、原料粉末の粒子を、ジルコニア製のボール等のメディアやポットの内壁と激しく衝突させて、強加工しながら粉砕および混合を行う。メカニカルミリングでは、MgBが明確には生成しない程度の衝突エネルギを加えることが好ましい。なお、MgBの生成は、粉末X線回折においてMgBのピークの実質的な有無で確認できる。 Further, the raw material powders can be mixed by mechanical milling. In the mechanical milling method, particles of raw material powder are violently collided with media such as zirconia balls or the inner wall of a pot, and are pulverized and mixed while being subjected to strong processing. In mechanical milling, it is preferable to apply collision energy to an extent that does not clearly generate MgB2 . Note that the production of MgB 2 can be confirmed by the substantial presence or absence of a MgB 2 peak in powder X-ray diffraction.

メカニカルミリング法によると、Mg粒子にB粒子が侵入し、MgのマトリックスにBが微細に分散して内包された混合度が高い粉末組織が得られる。そのため、このような粉末組織を熱処理すると、MgB同士の結合が多く空隙が少ない超電導フィラメントを形成できる。空隙が少ない超電導フィラメントを形成すると、高い臨界電流密度が得られる。 According to the mechanical milling method, B particles penetrate into Mg particles, and a powder structure with a high mixing degree in which B particles are finely dispersed and included in the Mg matrix is obtained. Therefore, when such a powder structure is heat-treated, a superconducting filament with many MgB2 bonds and few voids can be formed. By forming superconducting filaments with few voids, high critical current densities can be obtained.

続いて、原料粉末が充填された金属管を伸線加工して組込用単芯線を作製する。組込用単芯線としては、多芯線構造の素線群を構成する複数本を作製する。複数の組込用単芯線は、互いに同等の線径で作製することが好ましい。組込用単芯線の伸線加工は、適宜のパス数で行うことができる。組込用単芯線の伸線加工は、1パス当たりの減面率を8~12%として行うことが好ましい。 Subsequently, the metal tube filled with the raw material powder is wire-drawn to produce a single core wire for assembly. As the single-core wire for assembly, a plurality of wires constituting a group of strands having a multi-core wire structure are produced. It is preferable that the plurality of single-filament wires for assembly be made with the same wire diameter. The wire drawing process of the single core wire for assembly can be performed with an appropriate number of passes. It is preferable to draw the single-filament wire for assembly at an area reduction rate of 8 to 12% per pass.

組込用単芯線の伸線加工は、引抜加工、押出加工、スエージ加工、カセットロール加工、溝ロール加工等で行うことができる。伸線加工装置としては、ドローベンチ、静水圧押出機、伸線機、スエージャ、カセットローラダイス、溝ロール等を用いることができる。 The wire drawing process of the single core wire for assembly can be performed by drawing process, extrusion process, swaging process, cassette roll process, groove roll process, etc. As the wire drawing device, a draw bench, a hydrostatic extruder, a wire drawing machine, a swager, a cassette roller die, a groove roll, etc. can be used.

続いて、伸線加工された複数の組込用単芯線を、中心材と共に、多層構造の多重管に組み込み、MgB超電導線材の前駆体である組込材を作製する。多重管は、高熱膨張金属で形成された高熱膨張金属管、安定化材で形成された安定化材管、および、高硬度金属で形成された高硬度金属管を、この順に内側から外側に向けて配置することによって形成される。 Subsequently, a plurality of drawn single-core wires for assembly are assembled together with a core material into a multi-layered tube to produce an assembly material which is a precursor of an MgB 2 superconducting wire. A multilayer tube consists of a high thermal expansion metal tube made of a high thermal expansion metal, a stabilizing material tube made of a stabilizing material, and a high hardness metal tube made of a high hardness metal in order from the inside to the outside. It is formed by arranging the

組込用単芯線を多重管に組み込む際には、複数の組込用単芯線を、中心材の周囲に、中心材と同心となるように配置することが好ましい。各組込用単芯線は、中心材を通る中心線に対して線対称となるように、等間隔で規則的に配置することが好ましい。また、中心材と組込用単芯線や、組込用単芯線同士や、組込用単芯線と高熱膨張金属管とは、互いに接触した状態に配置することが好ましい。 When assembling the single-core wires into a multilayer pipe, it is preferable to arrange a plurality of the single-core wires around the center member so as to be concentric with the center member. It is preferable that the individual single core wires for assembly are regularly arranged at equal intervals so as to be line symmetrical with respect to the center line passing through the core material. Further, it is preferable that the core material and the single core wire for assembly, the single core wires for assembly, and the single core wire for assembly and the high thermal expansion metal tube be in contact with each other.

このような配置であると、伸線加工時に、高硬度金属管から内側の安定化材管等に対して周方向に均一性高く加工力を加えることができる。また、MgBを生成させる熱処理以後に、高熱膨張金属から素線群に対して熱膨張差による圧縮力を均一にかけることができる。伸線加工時に、素線前駆体の配列の径方向の偏りが抑制されるため、線材の曲げ時の過大な負荷や磁気的な損失を低減することができる。 With this arrangement, during wire drawing, processing force can be applied from the high-hardness metal tube to the inner stabilizing material tube and the like with high uniformity in the circumferential direction. Further, after the heat treatment to generate MgB 2 , compressive force due to the difference in thermal expansion can be uniformly applied to the group of strands from the high thermal expansion metal. During wire drawing, deviation in the radial direction of the arrangement of the wire precursors is suppressed, so excessive load and magnetic loss during bending of the wire can be reduced.

伸線加工工程では、複数の組込用単芯線が多重管に組み込まれた組込材を伸線加工する。組込材を所定の減面率で伸線加工することによって、組込材を長尺化および細線化させる。組込材の伸線加工は、適宜のパス数で行うことができる。組込材100の伸線加工は、例えば、線径が0.3~2.0mmとなるように行うことができる。また、用途に応じた線径に行うことができる。 In the wire drawing process, the assembly material in which a plurality of single core wires for assembly are assembled into a multi-layer pipe is wire drawn. By wire-drawing the embedded material at a predetermined area reduction rate, the embedded material is made longer and thinner. The wire drawing process of the incorporated material can be performed with an appropriate number of passes. The wire drawing process of the embedded material 100 can be performed, for example, so that the wire diameter is 0.3 to 2.0 mm. Moreover, the wire diameter can be adjusted according to the purpose.

組込材の伸線加工は、引抜加工、押出加工、スエージ加工、カセットロール加工、溝ロール加工等で行うことができる。伸線加工装置としては、ドローベンチ、静水圧押出機、伸線機、スエージャ、カセットローラダイス、溝ロール等を用いることができる。 The wire drawing process of the incorporated material can be performed by drawing process, extrusion process, swaging process, cassette roll process, groove roll process, etc. As the wire drawing device, a draw bench, a hydrostatic extruder, a wire drawing machine, a swager, a cassette roller die, a groove roll, etc. can be used.

また、伸線加工された組込材は、螺旋状にツイスト加工することもできる。組込用単芯線を螺旋状にツイストさせると、超電導フィラメント間の結合電流を小さくすることができる。ツイストピッチは、例えば、10~100mm等とすることができる。 Moreover, the wire-drawn embedded material can also be twisted into a spiral shape. If the single core wire for assembly is twisted spirally, the coupling current between the superconducting filaments can be reduced. The twist pitch can be, for example, 10 to 100 mm.

熱処理工程では、伸線加工した組込材を熱処理してMgBを生成させる。組込材を所定の温度以上で熱処理すると、組込用単芯線に充填された原料粉末中のMgとBが反応し、MgBを含む素線(MgBフィラメント)が形成される。得られたMgB超電導線材が熱処理後に室温や臨界温度以下に冷却されると、高熱膨張金属から素線群に対して熱膨張差による圧縮力がかかり、MgBフィラメントに残留圧縮ひずみが付与される。 In the heat treatment step, the wire-drawn embedded material is heat treated to generate MgB2 . When the embedding material is heat-treated at a predetermined temperature or higher, Mg and B in the raw material powder filled into the embedding single-filament wire react, and a wire containing MgB 2 (MgB 2 filament) is formed. When the obtained MgB2 superconducting wire is cooled to room temperature or below the critical temperature after heat treatment, a compressive force is applied to the strands from the high thermal expansion metal due to the difference in thermal expansion, and residual compressive strain is imparted to the MgB2 filament. Ru.

熱処理雰囲気は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気や、真空雰囲気等の非酸化性雰囲気とすることが好ましい。雰囲気中の酸素量や水分量は、10ppm以下であることが好ましい。熱処理は、伸線加工した組込材を、コイル形状等に捲回した後に行ってもよいし、コイル形状等に捲回する前に行ってもよい。例えば、ガラス繊維などの耐熱性のある絶縁材を用いる場合は、熱処理前に絶縁被覆を施すこともできる。 The heat treatment atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, or a non-oxidizing atmosphere such as a vacuum atmosphere. The amount of oxygen and moisture in the atmosphere is preferably 10 ppm or less. The heat treatment may be performed after the wire-drawn embedded material is wound into a coil shape or the like, or may be performed before being wound into a coil shape or the like. For example, when using a heat-resistant insulating material such as glass fiber, an insulating coating can be applied before heat treatment.

熱処理温度は、例えば、550~800℃、好ましくは560~700℃、より好ましくは580~620℃である。熱処理温度が550℃以上で高いほど、Mgの拡散によってMgBの生成反応が進み易くなる。また、高熱膨張金属の熱膨張が大きくなるため、大きい残留圧縮ひずみを付与できる。一方、熱処理温度が800℃以下で低いほど、MgBの粒成長が抑制されるため、ピンニングセンタとなる粒界の密度が増加し、高い臨界電流密度が得られる。 The heat treatment temperature is, for example, 550 to 800°C, preferably 560 to 700°C, more preferably 580 to 620°C. The higher the heat treatment temperature is (550° C. or higher), the more easily the MgB 2 production reaction proceeds due to the diffusion of Mg. Further, since the thermal expansion of the high thermal expansion metal increases, a large residual compressive strain can be imparted. On the other hand, as the heat treatment temperature is lower (below 800° C.), the grain growth of MgB 2 is suppressed, so the density of grain boundaries that become pinning centers increases, and a higher critical current density is obtained.

熱処理時間は、例えば、数十分~数十時間、好ましくは2~16時間、より好ましくは3~12時間である。熱処理時間が3時間以上であると、通常、MgBを十分に生成させることができる。また、熱処理時間が12時間以下であると、MgBの粒成長が抑制されて、ピンニングセンタとなる粒界の密度が増加し、高い臨界電流密度が得られる。 The heat treatment time is, for example, several tens of minutes to several tens of hours, preferably 2 to 16 hours, and more preferably 3 to 12 hours. When the heat treatment time is 3 hours or more, MgB 2 can usually be sufficiently generated. Moreover, when the heat treatment time is 12 hours or less, the grain growth of MgB 2 is suppressed, the density of grain boundaries that become pinning centers increases, and a high critical current density is obtained.

以上の本実施形態に係るMgB超電導線材およびMgB超電導線材の製造方法によると、安定化材の外側に高硬度金属が設けられるため、伸線加工時に、変形し難い高硬度金属を介して、内側に加工力を加えることができる。そのため、高熱膨張金属と安定化材とを、互いに周方向に均一性高く密着させることができる。伸線加工時に、安定化材のみが大きく減面したり、安定化材のみが伸線方向に大きく伸びたりするのが防止されるため、高熱膨張金属と安定化材との変形量差が抑制される。そのため、従来と比較して、線材の超電導特性を確保しつつ減面率が大きい伸線加工を行うことが可能になり、線材の更なる長尺化や細線化が可能になる。 According to the MgB 2 superconducting wire and the manufacturing method of the MgB 2 superconducting wire according to the present embodiment described above, since the high hardness metal is provided on the outside of the stabilizing material, during the wire drawing process, the high hardness metal that is difficult to deform is used. , machining force can be applied to the inside. Therefore, the high thermal expansion metal and the stabilizing material can be brought into close contact with each other in the circumferential direction with high uniformity. During wire drawing, this prevents only the stabilizing material from greatly reducing its area or from expanding significantly in the drawing direction, suppressing the difference in deformation between the high thermal expansion metal and the stabilizing material. be done. Therefore, compared to the conventional method, it becomes possible to perform wire drawing with a large reduction in area while ensuring the superconducting properties of the wire, and it becomes possible to further lengthen and thin the wire.

また、安定化材や高熱膨張金属の不均一な変形が抑制されるため、素線群の径方向の偏りが防止される。多層構造の多芯線構造を採用する場合であっても、線材の中心に対して素線群が対称的な配置となるため、線材が曲げられたとき、素線群のうちの一部のみに過大な引張ひずみを生じるのが防止される。そのため、従来と比較して、線材の許容曲げ半径をより小さくすることができる。素線群の全体としての曲げひずみ耐性が向上するため、半径が小さい曲げが加えられても、線材の超電導特性を安定に保つことができる。 Further, since non-uniform deformation of the stabilizing material and the high thermal expansion metal is suppressed, deviation of the strand group in the radial direction is prevented. Even when using a multilayer multifilamentary wire structure, the wire groups are arranged symmetrically with respect to the center of the wire, so when the wire is bent, only some of the wire groups Excessive tensile strain is prevented from occurring. Therefore, the allowable bending radius of the wire can be made smaller than in the past. Since the bending strain resistance of the wire group as a whole is improved, the superconducting properties of the wire can be kept stable even when bending with a small radius is applied.

図6は、本発明の実施形態に係る超電導コイルの一例を模式的に示す断面図である。
図6に示すように、高硬度金属を備えた前記のMgB超電導線材は、コイル状に捲回した超電導コイル600として用いることができる。本実施形態に係る超電導コイル600は、ボビン601と、コイル状に捲回された前記のMgB超電導線材602と、冷却容器603と、を備えている。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the above-mentioned MgB 2 superconducting wire comprising a high hardness metal can be used as a superconducting coil 600 wound into a coil shape. A superconducting coil 600 according to this embodiment includes a bobbin 601, the MgB 2 superconducting wire 602 wound into a coil, and a cooling container 603.

超電導コイル600を作製する方法としては、ワインド・アンド・リアクト法およびリアクト・アンド・ワインド法のいずれを用いてもよい。リアクト・アンド・ワインド法を用いる場合、熱処理後の捲回時に素線にひずみを生じ易い。しかし、高硬度金属を備えた前記のMgB超電導線材は、許容曲げ半径が小さいため、従来と比較して、曲げによる歪みを経験しても適切な超電導特性を得ることができる。 As a method for manufacturing superconducting coil 600, either a wind-and-react method or a react-and-wind method may be used. When using the react-and-wind method, strain is likely to occur in the wire during winding after heat treatment. However, since the above-mentioned MgB 2 superconducting wire comprising a high-hardness metal has a small allowable bending radius, it is possible to obtain appropriate superconducting properties even if it experiences distortion due to bending compared to the conventional wire.

ボビン601は、例えば、熱伝導率が高い金属によって形成できる。ボビン601は、銅で形成されることが好ましく、無酸素銅で形成されることが特に好ましい。ボビン601の熱伝導率が高いと、MgB超電導線材602を均一性高く冷却することができる。ボビン601は、不図示の絶縁材によって被覆される。絶縁材としては、ワインド・アンド・リアクト法を用いる場合、熱処理に耐える耐熱性の材料を用いることが好ましい。耐熱性の絶縁材としては、例えば、ガラス繊維を用いたガラス編組等が挙げられる。 The bobbin 601 can be made of, for example, a metal with high thermal conductivity. The bobbin 601 is preferably made of copper, and particularly preferably made of oxygen-free copper. If the bobbin 601 has a high thermal conductivity, the MgB 2 superconducting wire 602 can be cooled with high uniformity. The bobbin 601 is covered with an insulating material (not shown). When using the wind-and-react method, it is preferable to use a heat-resistant material that can withstand heat treatment as the insulating material. Examples of the heat-resistant insulating material include glass braid using glass fiber.

MgB超電導線材602は、ボビン601に対して捲回することができる。ワインド・アンド・リアクト法を用いる場合、MgB超電導線材602は、MgBを生成させる熱処理前に、耐熱性の絶縁材によって電気的に絶縁されてもよい。また、MgBを生成させる熱処理後に、絶縁樹脂に含浸されて電気的に絶縁されてもよい。一方、リアクト・アンド・ワインド法を用いる場合、MgBを生成させる熱処理およびコイル状への捲回後に、絶縁樹脂に含浸されて電気的に絶縁されてもよい。 The MgB 2 superconducting wire 602 can be wound around the bobbin 601. When using the wind-and-react method, the MgB 2 superconducting wire 602 may be electrically insulated with a heat-resistant insulating material before the heat treatment to generate MgB 2 . Further, after heat treatment to generate MgB 2 , it may be impregnated with an insulating resin to be electrically insulated. On the other hand, when using the react-and-wind method, after heat treatment to generate MgB 2 and winding into a coil shape, it may be impregnated with an insulating resin to be electrically insulated.

冷却容器603は、密閉構造の容器であり、ボビン601に対してコイル状に捲回されたMgB超電導線材602を収容している。冷却容器603は、真空断熱、断熱材、遮熱シールド等で、内外が断熱された構造に設けられる。冷却容器603は、冷却媒体が充填されてもよいし、冷凍機によって伝導冷却されてもよい。 The cooling container 603 is a container with a closed structure, and accommodates the MgB 2 superconducting wire 602 wound into a coil around the bobbin 601 . The cooling container 603 is provided with a structure insulated inside and outside using vacuum insulation, a heat insulating material, a heat shield, or the like. The cooling container 603 may be filled with a cooling medium or may be conductively cooled by a refrigerator.

このような超電導コイルによると、安定化材の外側に高硬度金属が設けられたMgB超電導線材を備えるため、従来と比較して、線材の許容曲げ半径がより小さくなる。半径が小さい曲げが許容されるため、コイル径が小さい超電導コイルや、超電導コイルの口出部の曲げ半径が小さい構造を採用することが可能になる。よって、小型化や省スペース化に適した超電導コイルを得ることができる。 According to such a superconducting coil, since the MgB 2 superconducting wire is provided with a high-hardness metal on the outside of the stabilizing material, the permissible bending radius of the wire is smaller than that of the conventional coil. Since bending with a small radius is allowed, it becomes possible to adopt a superconducting coil with a small coil diameter or a structure with a small bending radius at the outlet of the superconducting coil. Therefore, a superconducting coil suitable for downsizing and space saving can be obtained.

図7は、本発明の実施形態に係る磁気発生装置の一例を模式的に示す断面図である。図7には、磁気発生装置の一例として、MRI(Magnetic Resonance Imaging:磁気共鳴画像診断)装置を示す。
図7に示すように、高硬度金属を備えた前記のMgB超電導線材は、超電導コイル600としてMRI装置(磁気発生装置)700に備えることができる。本実施形態に係るMRI装置700は、コイル状に捲回された前記のMgB超電導線材の超電導コイル600で構成された静磁場発生部701を備えている。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of a magnetism generating device according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 shows an MRI (Magnetic Resonance Imaging) device as an example of a magnetism generating device.
As shown in FIG. 7, the above-mentioned MgB 2 superconducting wire including a high hardness metal can be provided in an MRI apparatus (magnetism generator) 700 as a superconducting coil 600. The MRI apparatus 700 according to this embodiment includes a static magnetic field generating section 701 configured with the superconducting coil 600 of the MgB 2 superconducting wire wound into a coil shape.

MRI装置700は、一対の静磁場発生部701と、撮像領域702と、傾斜磁場発生部703と、を備えている。図7において、静磁場発生部701は、不図示の連結部材を介して、互いに連結されている、静磁場発生部701は、撮像領域702を挟んで、互いに対向するように上下に配置されている。静磁場発生部701と撮像領域702との間には、それぞれ、傾斜磁場発生部703が配置されている。 The MRI apparatus 700 includes a pair of static magnetic field generating sections 701, an imaging region 702, and a gradient magnetic field generating section 703. In FIG. 7, the static magnetic field generating units 701 are connected to each other via a connecting member (not shown). There is. A gradient magnetic field generating section 703 is arranged between the static magnetic field generating section 701 and the imaging region 702, respectively.

また、MRI装置700は、被写体704を載せるベッド705と、ベッド705を搬送する搬送機構706と、を備えている。ベッド705は、撮像領域702に対して進退可能に設けられている。搬送機構706によってベッド705が搬送されると、ベッド705に載せられた被写体704が、撮像領域702に対して進退することができる。 The MRI apparatus 700 also includes a bed 705 on which a subject 704 is placed, and a transport mechanism 706 that transports the bed 705. The bed 705 is provided so as to be movable forward and backward relative to the imaging area 702. When the bed 705 is transported by the transport mechanism 706, the subject 704 placed on the bed 705 can move forward and backward with respect to the imaging area 702.

静磁場発生部701は、前記の超電導コイル600で構成されている。静磁場発生部701は、コイル部と、永久電流スイッチと、を備えている。コイル部や永久電流スイッチは、前記のMgB超電導線材で形成することができる。静磁場発生部701の回路は、不図示の電源に対して、常電導体を介して電気的に接続される。 The static magnetic field generating section 701 is composed of the superconducting coil 600 described above. The static magnetic field generating section 701 includes a coil section and a persistent current switch. The coil portion and persistent current switch can be formed from the above-mentioned MgB 2 superconducting wire. The circuit of the static magnetic field generator 701 is electrically connected to a power source (not shown) via a normal conductor.

静磁場発生部701のコイル部には、永久電流スイッチがOFFの状態において励磁電流が流される。また、永久電流スイッチがONの状態に切り替えられると、永久電流が流される。コイル部を流れる永久電流は、撮像領域702に時間的安定性が高い静磁場を発生させる。静磁場の強度が高いほど、核磁気共鳴周波数が高くなるため、周波数分解能を向上させることができる。 An exciting current is passed through the coil section of the static magnetic field generating section 701 when the persistent current switch is OFF. Furthermore, when the persistent current switch is turned on, persistent current is caused to flow. The persistent current flowing through the coil portion generates a static magnetic field with high temporal stability in the imaging region 702. The higher the strength of the static magnetic field, the higher the nuclear magnetic resonance frequency, and therefore the frequency resolution can be improved.

傾斜磁場発生部703は、時間変化する電流が供給されて、撮像領域702に空間的な分布を持つ傾斜磁場を発生させる。撮像領域702に核磁気共鳴周波数の振動磁場が印加されると、被写体704から共鳴信号が発せられ、不図示の受信コイルによって受信される。受信された共鳴信号は、フーリエ変換によって、被写体704の磁気共鳴断層画像として画像化される。二次元コントラスト画像等に画像化することによって、被写体704を検査・診断することができる。 The gradient magnetic field generating unit 703 is supplied with a time-varying current and generates a gradient magnetic field having a spatial distribution in the imaging region 702. When an oscillating magnetic field at a nuclear magnetic resonance frequency is applied to the imaging region 702, a resonance signal is emitted from the subject 704 and is received by a receiving coil (not shown). The received resonance signal is imaged as a magnetic resonance tomographic image of the subject 704 by Fourier transformation. By converting the image into a two-dimensional contrast image or the like, the subject 704 can be inspected and diagnosed.

このようなMRI装置によると、安定化材の外側に高硬度金属が設けられたMgB超電導線材を捲回した超電導コイルを備えるため、従来と比較して、線材の許容曲げ半径がより小さくなり、磁場発生部の小型化や省スペース化が可能になる。また、超電導コイルの口出部の曲げ半径が小さい構造を採用することが可能になるため、超電導コイルの多重化が容易になる。 According to such an MRI apparatus, since it is equipped with a superconducting coil wound with a MgB2 superconducting wire provided with a high-hardness metal on the outside of a stabilizing material, the permissible bending radius of the wire is smaller than in the past. , it becomes possible to downsize and save space in the magnetic field generating section. Furthermore, since it is possible to adopt a structure in which the bending radius of the exit portion of the superconducting coil is small, multiplexing of the superconducting coils becomes easy.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態が備える全ての構成を備えるものに限定されない。或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成の一部を他の形態に追加したり、或る実施形態の構成の一部を省略したりすることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention is not necessarily limited to having all the configurations of the embodiments described above. Replacing part of the configuration of one embodiment with another configuration, adding part of the configuration of one embodiment to another form, or omitting part of the configuration of one embodiment Can be done.

例えば、前記の超電導コイルは、MRI装置に備えられているが、高硬度金属を備えた前記のMgB超電導線材は、超電導コイルとしてNMR装置(Nuclear Magnetic Resonance:核磁気共鳴)装置等の他の磁気発生装置に備えてもよい。他の磁気発生装置においても、小型化や省スペース化を図ることができる。また、超電導コイルの口出部の曲げ半径を小さくすることができるため、超電導コイルの多重化が容易になる。 For example, the above-mentioned superconducting coil is installed in an MRI apparatus, but the above-mentioned MgB 2 superconducting wire equipped with a high-hardness metal can be used as a superconducting coil in other devices such as an NMR (Nuclear Magnetic Resonance) apparatus. It may be provided in a magnetism generating device. Other magnetism generators can also be made smaller and space-saving. Furthermore, since the bending radius of the exit portion of the superconducting coil can be made small, multiplexing of the superconducting coils becomes easy.

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the technical scope of the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
図1に示す多芯線構造のMgB超電導線材を作製した。
<Example 1>
An MgB 2 superconducting wire having the multifilamentary wire structure shown in FIG. 1 was produced.

はじめに、超電導フィラメントの前駆体である組込用単芯線を、次の手順で作製した。原料となるマグネシウム粉末とホウ素粉末を、MgとBとのモル比が約1:2となるように秤量し、ボールミルを用いて粉砕および混合して原料粉末を調製した。そして、得られた原料粉末をFe管に充填した。 First, a single core wire for assembly, which is a precursor of a superconducting filament, was prepared using the following procedure. Raw material magnesium powder and boron powder were weighed so that the molar ratio of Mg to B was about 1:2, and ground and mixed using a ball mill to prepare raw material powder. Then, the obtained raw material powder was filled into an Fe tube.

続いて、混合粉末を充填したFe管を伸線加工して、組込用単芯線を得た。Fe管の伸線加工は、引抜きダイスを用いた引抜き伸線加工で行った。1パス当たりの減面率を8~12%として、複数回パスを繰り返して行った。また、原料粉末を充填したFe管と同じ材質の中心材を、スエージャを用いたスエージ加工によって作製した。なお、組込用単芯線と中心材の線径を同一とした。 Subsequently, the Fe tube filled with the mixed powder was wire drawn to obtain a single core wire for assembly. The wire drawing of the Fe tube was performed by drawing using a drawing die. Multiple passes were repeated with an area reduction rate of 8 to 12% per pass. Further, a core material made of the same material as the Fe tube filled with raw material powder was produced by swaging using a swager. Note that the wire diameters of the single core wire for assembly and the core material were the same.

続いて、作製した中心材の周囲を囲むように、6本の組込用単芯線を配置し、更に、その外周を覆うように12本の組込用単芯線を配置した。そして、これらの組込用単芯線群を高熱膨張金属管に挿入し、その高熱膨張金属管を安定化材管に挿入し、その安定化材管を高硬度金属管に挿入して、MgB超電導線材の前駆体である組込材を得た。 Subsequently, six single-core wires for assembly were arranged so as to surround the periphery of the produced core material, and further, 12 single-core wires for assembly were arranged so as to cover the outer periphery thereof. Then, these single core wire groups for assembly are inserted into a high thermal expansion metal tube, the high thermal expansion metal tube is inserted into a stabilizing material tube, the stabilizing material tube is inserted into a high hardness metal tube, and MgB 2 An embedded material, which is a precursor of superconducting wire, was obtained.

なお、高熱膨張金属管としては、SUS316L管を、安定化材管としては、無酸素銅管を、高硬度金属管としては、モネル管を用いた。 Note that a SUS316L tube was used as the high thermal expansion metal tube, an oxygen-free copper tube was used as the stabilizing material tube, and a Monel tube was used as the high hardness metal tube.

続いて、作製した組込材を伸線加工して細線化させた。伸線加工は、引抜きダイスを用いた引抜き伸線加工で行った。伸線加工は、1パス当たりの減面率を5~12%として、複数回パスを繰り返して細線化を行った。 Subsequently, the fabricated embedded material was wire-drawn to make it thin. The wire drawing process was performed using a drawing die. In the wire drawing process, the wire was thinned by repeating multiple passes with an area reduction rate of 5 to 12% per pass.

続いて、細線化した組込材の径方向の断面を顕微鏡観察した。その結果、内側の6本の組込用単芯線群、および、外側の12本の組込用単芯線群が、挿入時の配置のとおり、径方向に規則的に配置されていることが確認された。また、高熱膨張金属、安定化材および高硬度金属が、この順に内側から外側に向けて配置された多層構造が確認された。高熱膨張金属および安定化材は、周方向に均一性高い厚さに減面されていた。安定化材の外側に高硬度金属を配置することによって、伸線加工時の変形や配置の乱れを低減できることが確認された。 Subsequently, the radial cross section of the thinned embedded material was observed using a microscope. As a result, it was confirmed that the inner group of six single-core wires for assembly and the outer group of 12 single-core wires for assembly were arranged regularly in the radial direction, just as they were arranged at the time of insertion. It was done. Furthermore, a multilayer structure was confirmed in which a high thermal expansion metal, a stabilizing material, and a high hardness metal were arranged in this order from the inside to the outside. The high thermal expansion metal and the stabilizing material were reduced to a highly uniform thickness in the circumferential direction. It was confirmed that by placing a high-hardness metal on the outside of the stabilizing material, deformation and irregular arrangement during wire drawing can be reduced.

続いて、細線化した組込材に対して、600℃の温度で熱処理して、原料粉末からMgBを生成させて、MgB超電導線材を製造した。 Subsequently, the wire-thinned embedded material was heat-treated at a temperature of 600° C. to generate MgB 2 from the raw material powder, thereby manufacturing a MgB 2 superconducting wire.

<実施例2>
図3に示す多芯線構造のMgB超電導線材を作製した。
<Example 2>
An MgB 2 superconducting wire having a multifilamentary wire structure shown in FIG. 3 was produced.

はじめに、超電導フィラメントの前駆体である組込用単芯線を、実施例1と同様の手順で作製した。金属管の伸線加工は、1パス当たりの減面率を9~12%として、複数回パスを繰り返して行った。 First, a single core wire for assembly, which is a precursor of a superconducting filament, was produced in the same manner as in Example 1. The wire drawing process of the metal tube was repeated multiple times with an area reduction rate of 9 to 12% per pass.

続いて、作製した1本の組込用単芯線の周囲を囲むように、6本の組込用単芯線を配置し、更に、その外周を覆うように12本の組込用単芯線を配置した。そして、実施例1と同様に、これらの組込用単芯線群を高熱膨張金属管に挿入し、その高熱膨張金属管を安定化材管に挿入し、その安定化材管を高硬度金属管に挿入して、MgB超電導線材の前駆体である組込材を得た。 Next, six single-core wires were placed to surround the single fabricated single-core wire, and 12 single-core wires were further placed to cover the outer periphery of the fabricated single-core wire. did. Then, as in Example 1, these single core wire groups for assembly are inserted into a high thermal expansion metal tube, the high thermal expansion metal tube is inserted into a stabilizing material tube, and the stabilizing material tube is inserted into a high hardness metal tube. A built-in material, which is a precursor of MgB2 superconducting wire, was obtained.

続いて、作製した組込材を伸線加工して細線化させた。伸線加工は、引抜きダイスを用いた引抜き伸線加工で行った。伸線加工は、1パス当たりの減面率を5~12%として、複数回パスを繰り返して細線化を行った。 Subsequently, the fabricated embedded material was wire-drawn to make it thin. The wire drawing process was performed using a drawing die. In the wire drawing process, the wire was thinned by repeating multiple passes with an area reduction rate of 5 to 12% per pass.

続いて、細線化した組込材の径方向の断面を顕微鏡観察した。その結果、中心の1本の組込用単芯線、内側の6本の組込用単芯線群、および、外側の12本の組込用単芯線群が、挿入時の配置のとおり、径方向に規則的に配置されていることが確認された。また、高熱膨張金属、安定化材および高硬度金属が、この順に内側から外側に向けて配置された多層構造が確認された。高熱膨張金属および安定化材は、周方向に均一性高い厚さに減面されていた。安定化材の外側に高硬度金属を配置することによって、伸線加工時の素線の変形や配置の乱れを低減できることが確認された。 Subsequently, the radial cross section of the thinned embedded material was observed using a microscope. As a result, one single core wire for assembly in the center, a group of six single core wires for assembly on the inside, and a group of 12 single core wires for assembly on the outside are arranged in the radial direction according to the arrangement at the time of insertion. It was confirmed that they were arranged regularly. Furthermore, a multilayer structure was confirmed in which a high thermal expansion metal, a stabilizing material, and a high hardness metal were arranged in this order from the inside to the outside. The high thermal expansion metal and the stabilizing material were reduced to a highly uniform thickness in the circumferential direction. It was confirmed that by placing a high-hardness metal on the outside of the stabilizing material, it was possible to reduce the deformation and disorder of the arrangement of the strands during wire drawing.

続いて、細線化した組込材に対して、600℃の温度で熱処理して、原料粉末からMgBを生成させて、MgB超電導線材を製造した。 Subsequently, the wire-thinned embedded material was heat-treated at a temperature of 600° C. to generate MgB 2 from the raw material powder, thereby manufacturing a MgB 2 superconducting wire.

<比較例1>
図5に示す多芯線構造のMgB超電導線材を作製した。
<Comparative example 1>
An MgB 2 superconducting wire having a multifilamentary wire structure shown in FIG. 5 was produced.

はじめに、超電導フィラメントの前駆体である組込用単芯線を、実施例1と同様の手順で作製した。また、原料粉末を充填した金属管と同じ材質の中心材を、実施例1と同様の手順で作製した。金属管の伸線加工は、1パス当たりの減面率を9~12%として、複数回パスを繰り返して行った。 First, a single core wire for assembly, which is a precursor of a superconducting filament, was produced in the same manner as in Example 1. Further, a core material made of the same material as the metal tube filled with raw material powder was produced in the same manner as in Example 1. The wire drawing process of the metal tube was repeated multiple times with an area reduction rate of 9 to 12% per pass.

続いて、実施例1と同様の手法で、作製した中心材の周囲を囲むように、6本の組込用単芯線を配置し、更に、その外周を覆うように12本の組込用単芯線を配置した。そして、これらの組込用単芯線群を高熱膨張金属管に挿入し、その高熱膨張金属管を安定化材管に挿入して、MgB超電導線材の前駆体である組込材を得た。 Next, using the same method as in Example 1, six single core wires for assembly were placed so as to surround the produced core material, and further, 12 single core wires for assembly were placed so as to cover the outer periphery. The core wire was placed. Then, these single core wire groups for assembly were inserted into a high thermal expansion metal tube, and the high thermal expansion metal tube was inserted into a stabilizing material tube to obtain an assembly material which was a precursor of an MgB 2 superconducting wire.

なお、高熱膨張金属管としては、SUS316L管を、安定化材管としては、無酸素銅管を用いた。 Note that a SUS316L tube was used as the high thermal expansion metal tube, and an oxygen-free copper tube was used as the stabilizing material tube.

続いて、作製した組込材を伸線加工して細線化させた。伸線加工は、引抜きダイスを用いた引抜き伸線加工で行った。伸線加工は、1パス当たりの減面率を8~12%として、複数回パスを繰り返して行った。 Subsequently, the fabricated embedded material was wire-drawn to make it thin. The wire drawing process was performed using a drawing die. The wire drawing process was repeated multiple times with an area reduction rate of 8 to 12% per pass.

続いて、細線化した組込材の径方向の断面を顕微鏡観察した。その結果、安定化材の周方向の一部のみに、局所的に薄肉化している箇所が認められた。また、安定化材の厚さが不均一であり、高熱膨張金属との界面に凹凸が認められた。安定化材の外側に高硬度金属を配置していない場合、伸線加工を行うと、素線の変形や配置の乱れに繋がることが確認された。 Subsequently, the radial cross section of the thinned embedded material was observed using a microscope. As a result, local thinning was observed only in a part of the circumferential direction of the stabilizing material. Furthermore, the thickness of the stabilizing material was non-uniform, and irregularities were observed at the interface with the high thermal expansion metal. It was confirmed that if a high-hardness metal is not placed outside the stabilizing material, drawing the wire leads to deformation and disordered arrangement of the strands.

実施例1、2と比較例1との比較の結果、安定化材の外側に高硬度金属を配置していない場合、線材の長尺化や細線化に限界があることが分かった。安定化材の外側に高硬度金属を配置すると、従来よりも線材の長尺化や細線化が可能になることが確認された。 As a result of comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it was found that there is a limit to the lengthening and thinning of the wire when no high-hardness metal is placed outside the stabilizing material. It was confirmed that placing a high-hardness metal on the outside of the stabilizing material makes it possible to make the wire longer and thinner than before.

<実施例3>
図1に示す多芯線構造のMgB超電導線材を用いて超電導コイルを作製した。
<Example 3>
A superconducting coil was fabricated using an MgB 2 superconducting wire having the multifilamentary wire structure shown in FIG.

はじめに、実施例1と同様の手順で組込材を作製し、その組込材を伸線加工した。そして、伸線加工で細線化した組込材を、ガラス繊維製の絶縁材で被覆した。また、金属製のボビンを、ガラス繊維製の絶縁材で被覆した。そして、細線化した組込材をボビンに対して捲回し、600℃の温度で熱処理を行ってMgBを生成させた。その後、MgB超電導線材に絶縁樹脂を含浸させて固定し、超電導コイルを製造した。 First, an embedded material was produced in the same manner as in Example 1, and the embedded material was subjected to wire drawing. The assembled material, which had been thinned by wire drawing, was then covered with an insulating material made of glass fiber. Further, the metal bobbin was covered with an insulating material made of glass fiber. Then, the thin wired incorporation material was wound around a bobbin and heat treated at a temperature of 600° C. to generate MgB 2 . Thereafter, the MgB 2 superconducting wire was impregnated with an insulating resin and fixed to produce a superconducting coil.

続いて、得られた超電導コイルを冷凍容器に収容し、超電導コイルを電源に対して電気的に接続させた。そして、超電導コイルを励磁させて磁場安定性を確認した。 Subsequently, the obtained superconducting coil was placed in a freezing container, and the superconducting coil was electrically connected to a power source. Then, the superconducting coil was excited and the stability of the magnetic field was confirmed.

<実施例4>
図1に示す多芯線構造のMgB超電導線材を用いた超電導コイルを備えるMRI装置を作製した。
<Example 4>
An MRI apparatus including a superconducting coil using an MgB 2 superconducting wire having a multifilamentary wire structure shown in FIG. 1 was manufactured.

MRI装置は、一対の静磁場発生部と、傾斜磁場発生部と、を備えている。静磁場発生部は、不図示の連結部材を介して、互いに連結させた、静磁場発生部は、互いに対向するように上下に配置した。静磁場発生部同士の間には、撮像領域を挟むように、傾斜磁場発生部を配置した。また、撮像領域に対して進退可能なように、ベッドと、ベッドを搬送する搬送機構を設けた。 The MRI apparatus includes a pair of static magnetic field generators and a gradient magnetic field generator. The static magnetic field generating parts were connected to each other via a connecting member (not shown), and the static magnetic field generating parts were arranged one above the other so as to face each other. A gradient magnetic field generating section was arranged between the static magnetic field generating sections so as to sandwich the imaging region. In addition, a bed and a transport mechanism for transporting the bed were provided so as to be able to move forward and backward with respect to the imaging area.

続いて、得られた超電導コイルを冷凍容器に収容し、静磁場発生部に配置した。そして、超電導コイルを電源に対して電気的に接続させた。作製したMgB超電導線材を用いた超電導コイルは、MRI装置において正常に動作することが確認された。 Subsequently, the obtained superconducting coil was placed in a freezing container and placed in a static magnetic field generator. The superconducting coil was then electrically connected to a power source. It was confirmed that the superconducting coil using the produced MgB 2 superconducting wire operates normally in an MRI apparatus.

100,300,500…組込材、101,301,501…素線前駆体、102,302,502…原料粉末、103,303,503…金属管、104,304,504…高熱膨張金属管、105,305,505…安定化材管、106,306…高硬度金属管、107,307,507…中心材、200,400…MgB超電導線材、201,401…素線、202,402…マトリクス(母材)、204,404…高熱膨張金属、205,405…安定化材、206,406…高硬度金属、
600…超電導コイル、601…ボビン、602…MgB超電導線材、603…冷却容器、
700…MRI装置(磁気発生装置)、701…静磁場発生部、702…撮像領域、703…傾斜磁場発生部、704…被写体、705…ベッド、706…搬送機構
100,300,500... Incorporation material, 101,301,501... Wire precursor, 102,302,502... Raw material powder, 103,303,503... Metal tube, 104,304,504... High thermal expansion metal tube, 105,305,505... Stabilizing material tube, 106,306... High hardness metal tube, 107,307,507... Core material, 200,400... MgB 2 superconducting wire, 201,401... Element wire, 202,402... Matrix (base material), 204,404...high thermal expansion metal, 205,405...stabilizing material, 206,406...high hardness metal,
600...Superconducting coil, 601...Bobbin, 602... MgB2 superconducting wire, 603...Cooling container,
700... MRI apparatus (magnetism generator), 701... Static magnetic field generator, 702... Imaging area, 703... Gradient magnetic field generator, 704... Subject, 705... Bed, 706... Transport mechanism

Claims (14)

MgBを含む複数の素線が金属層で覆われたMgB超電導線材であって、
複数の前記素線が線材の中心に対して周方向および径方向に配列した素線群と、
前記素線群を覆うように配置された、室温における熱膨張係数が前記素線よりも高い高熱膨張金属と、
前記高熱膨張金属を覆うように配置された、超電導を安定化させる安定化材と、
前記安定化材を覆うように配置された、硬度が前記安定化材よりも高い高硬度金属と、を備えるMgB超電導線材。
An MgB 2 superconducting wire in which a plurality of wires containing MgB 2 are covered with a metal layer,
a group of wires in which a plurality of the wires are arranged in the circumferential direction and the radial direction with respect to the center of the wire;
a high thermal expansion metal having a higher coefficient of thermal expansion at room temperature than the wires, the metal being disposed so as to cover the group of wires;
a stabilizing material that stabilizes superconductivity and is arranged to cover the high thermal expansion metal;
A MgB 2 superconducting wire comprising: a high-hardness metal having a hardness higher than that of the stabilizing material, which is disposed so as to cover the stabilizing material.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記素線群を埋設した母材を備え、
前記高熱膨張金属は、室温における熱膨張係数が前記素線および前記母材よりも高い金属であるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
comprising a base material in which the group of wires is embedded;
The high thermal expansion metal is a MgB 2 superconducting wire, which is a metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of the wire and the base material.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記高熱膨張金属、前記安定化材、および、前記高硬度金属は、互いに密着して一体化した前記金属層を形成しているMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
The high thermal expansion metal, the stabilizing material, and the high hardness metal are in close contact with each other to form the integrated metal layer.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記高熱膨張金属は、低炭素ステンレス鋼または低炭素鋼であるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
The high thermal expansion metal is a MgB2 superconducting wire that is low carbon stainless steel or low carbon steel.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記安定化材は、銅であるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
The stabilizing material is a MgB 2 superconducting wire made of copper.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記高硬度金属は、Ni-Cu合金またはCu-Ni合金であるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
The high hardness metal is a MgB 2 superconducting wire, which is a Ni-Cu alloy or a Cu-Ni alloy.
請求項1に記載の超電導線材であって、
前記素線群を埋設した母材を備え、
前記母材は、鉄またはニオブであるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
comprising a base material in which the group of wires is embedded;
The base material is an MgB 2 superconducting wire made of iron or niobium.
請求項1に記載の超電導線材であって、
線材の中心に配置された中心材と、
前記素線群および前記中心材を埋設した母材と、を備え、
前記中心材は、前記母材と同じ金属で形成されているMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
A central material placed at the center of the wire,
A base material in which the wire group and the core material are embedded,
The core material is an MgB 2 superconducting wire made of the same metal as the base material.
請求項1に記載の超電導線材であって、
線材の中心に配置された中心材を備え、
前記中心材は、MgBを含む素線であるMgB超電導線材。
The superconducting wire according to claim 1,
Equipped with a center member placed in the center of the wire,
The core material is an MgB 2 superconducting wire that is a wire containing MgB 2 .
MgBを含む複数の素線が金属層で覆われたMgB超電導線材の製造方法であって、
複数の前記素線の前駆体が多重管に収容された組込材を形成する工程と、
前記組込材を伸線加工する工程と、
伸線加工された前記組込材を熱処理してMgBを生成させる工程と、を含み、
前記組込材は、複数の前記素線の前駆体を前記多重管の中心に対して周方向および径方向に配列させて前記多重管に収容しており、
前記多重管は、室温における熱膨張係数が前記素線よりも高い高熱膨張金属で形成された高熱膨張金属管、超電導を安定化させる安定化材で形成された安定化材管、および、硬度が前記安定化材よりも高い高硬度金属で形成された高硬度金属管が、この順に内側から外側に向けて配置されているMgB超電導線材の製造方法。
A method for manufacturing an MgB 2 superconducting wire in which a plurality of wires containing MgB 2 are covered with a metal layer, the method comprising:
forming a built-in material in which a plurality of the precursors of the strands are housed in a multi-tube;
a step of wire drawing the embedded material;
A step of heat-treating the wire-drawn embedded material to generate MgB2 ,
The incorporating material is arranged in a circumferential direction and a radial direction with respect to the center of the multiple tube and accommodates the precursors of the plurality of wires in the multiple tube,
The multilayer tube includes a high thermal expansion metal tube made of a high thermal expansion metal whose coefficient of thermal expansion at room temperature is higher than that of the wire, a stabilizing material tube made of a stabilizing material that stabilizes superconductivity, and a hardness A method for manufacturing an MgB 2 superconducting wire, wherein high-hardness metal tubes made of a metal with higher hardness than the stabilizing material are arranged in this order from the inside to the outside.
請求項10に記載の超電導線材の製造方法であって、
前記組込材は、前記多重管の中心に中心材を配置されており、
前記素線の前駆体は、マグネシウムとホウ素を含む粉末を金属管に収容しており、
前記中心材は、前記金属管と同じ金属で形成されているMgB超電導線材の製造方法。
A method for manufacturing a superconducting wire according to claim 10,
The built-in material has a central material disposed at the center of the multiple pipe,
The precursor of the wire contains powder containing magnesium and boron in a metal tube,
The method for manufacturing an MgB 2 superconducting wire, wherein the core material is made of the same metal as the metal tube.
請求項10に記載の超電導線材の製造方法であって、
前記高熱膨張金属は、低炭素ステンレス鋼または低炭素鋼であり、
前記安定化材は、銅であり、
前記高硬度金属は、Ni-Cu合金またはCu-Ni合金であるMgB超電導線材の製造方法。
A method for manufacturing a superconducting wire according to claim 10,
The high thermal expansion metal is low carbon stainless steel or low carbon steel,
the stabilizing material is copper;
The method for manufacturing an MgB 2 superconducting wire, wherein the high hardness metal is a Ni-Cu alloy or a Cu-Ni alloy.
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載された超電導線材を捲回した超電導コイル。 A superconducting coil wound with the superconducting wire according to any one of claims 1 to 9. 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載された超電導線材を捲回した超電導コイルを備えた磁気発生装置。 A magnetism generator comprising a superconducting coil wound with the superconducting wire according to any one of claims 1 to 9.
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